Zapojení RFID systému pro spínání zapalování bez klíče u automobilu

RFID systém pro spínání zapalování bez klasického klíče ověřuje elektronický identifikační prvek a teprve po rozpoznání správného identifikačního kódu umožní ovládat zapalovací systém automobilu. Praktické řešení se skládá z RFID štítku, čtečky, mikroprocesoru, napájecí části, výstupu pro zapalování nebo relé a případně signalizace pro povolený či neoprávněný pokus.

Základním principem zařízení proti krádeži automobilu je spojení mechanického klíče od vozu s elektronickým štítkem, to znamená vložení malého RFID štítku přímo do rukojeti klíče. Po zasunutí klíče se správným identifikačním kódem do spínací skříňky lze vůz správně používat. Zařízení může poskytovat výstupní signál pro ovládání zapalovacího systému. I když někdo vnikne do interiéru vozu destruktivním způsobem, nelze vůz nastartovat konfigurací klíče pro krádež.

Proč použít RFID místo běžného klíče

Spolu s velkým počtem aplikací automobilů jsou požadavky na ochranu proti krádeži automobilů stále vyšší a vyšší. Technologie radiofrekvenční identifikace RFID je bezdotyková technologie automatické identifikace, která je široce používána ve veřejné dopravě, řízení přístupu, logistice, automatizaci výroby a dalších oblastech. Může být také použit v zařízeních proti krádeži automobilů, která mohou účinně dosáhnout účelu ochrany proti krádeži.

RFID je zkratka pro radiofrekvenční identifikaci. Jedná se o bezdrátovou aplikaci pro přenos dat za účelem identifikace a sledování identifikačních prvků. Takže nám odpadne zadávání hesla, ale budeme ovládat zámek přiložením RFID prvkem (přístupová karta nebo přívěšek).

Vymoženost moderních typů aut v podobě bezklíčkového otevírání a startování aut je jistě příjemnou a pohodlnou záležitostí. Stačí jen přijít k autu, dotknout se kliky, auto se Vám otevře, nasednete, zmáčknete tlačítko pro nastartování a odjedete. Žádné vyndávání klíčů z kapsy, žádné hledání zdířky zapalování.

Bohužel, každá mince má dvě strany, a jelikož dnešní zloději automobilů nespí a stále se zdokonalují v jejich krádežích, je nasnadě, že ani takovýto systém pro ně nepředstavuje nic nepřekonatelného. Právě naopak. V poslední době se množí případy, kdy právě díky bezklíčkovému otevírání aut (Keyless-Go, Keyless-Entry atp.) bylo auto odcizeno a to o mnoho jednodušší a elegantnější metodou, než dříve.

Jak RFID systém pracuje

Typický systém ochrany proti krádeži automobilů se skládá ze dvou částí: elektronických štítků a čteček. Elektronický štítek je nosičem informací a měl by být umístěn na předmětu, který má jedinec identifikovat nebo nosit; čtečka může mít funkci čtení nebo čtení a zápisu v závislosti na výkonu elektronického štítku použitého v systému.

Elektronický štítek

Elektronický štítek je nosičem dat, který se skládá z cívky (antény), paměti pro uložení příslušných identifikačních informací a mikroelektronického čipu.

RFID prvek může mít podobu přívěšku na klíče, čipové karty nebo malého štítku vloženého do rukojeti klíče. Každý RFID prvek musí mít toto identifikační číslo unikátní.

Čtečka RFID

Čtečka se používá ke čtení dat elektronického štítku a přenosu dat do mikroprocesoru. Anténa čtečky vytvoří spojovací zesíťování s elektronickým štítkem.

Po přiložení RFID prvku čtečka přijme jeho identifikační údaje a předá je řídicí části systému. Čtečka může současně zajišťovat přenos energie a výměnu dat s elektronickým štítkem.

Mikroprocesor

Mikroprocesor je ovládací část, která se používá k odemykání systému proti krádeži automobilu. Vyhodnotí přijatý identifikační kód a podle nastavených podmínek povolí nebo zablokuje výstup pro zapalování.

Pokud je klíč v elektronickém štítku správný, jednočipový mikropočítač vyšle správný signál do elektronického zapalovacího systému vozu a vůz lze nastartovat. V tuto chvíli obvod evakuačního rozhlasu nefunguje; pokud někdo neoprávněně nakonfiguruje klíč pro nastartování auta, jednočipový mikropočítač vyšle signál do hlasového systému. Hlasový systém okamžitě spustí alarm.

Blokové složení zařízení

Zařízení proti krádeži se skládá hlavně z obvodu čtení a zápisu, jednočipového mikropočítače, obvodu evakuačního rozhlasu, obvodu monitorování napájení, obvodu rozhraní úložiště, elektronického zapalovacího systému automobilového motoru a klávesnice.

• RFID elektronický štítek nese jedinečné identifikační údaje.
• RFID čtečka zajišťuje bezkontaktní komunikaci se štítkem.
• Mikrokontrolér přijímá, dekóduje a vyhodnocuje identifikační údaje.
• Výstupní obvod ovládá relé nebo elektronický zapalovací systém.
• Obvod alarmu upozorní na neplatný identifikační prvek.
• Obvod monitorování napájení sleduje stav napájecí soustavy.
• Úložiště může uchovávat identifikační údaje oprávněných RFID prvků.

Hardwarový návrh RFID čtečky

Při použití modulu RFID pro čtení/zápis v systému ochrany proti krádeži automobilu je jedna strana zodpovědná za přenos energie a výměnu dat do elektronického štítku a druhá strana je zodpovědná za datovou komunikaci mezi elektronickým štítkem a jednočipovým mikropočítačem.

Odesílací kanál

Zesílit výkon nosného signálu; přenášet provozní příkazy a zapisovat data do elektronického štítku.

Přijímací kanál

Přijměte odpověď a data odeslaná elektronickým štítkem do čtečky.

Generátor nosné

Krystalový oscilátor slouží ke generování nosného signálu o požadované frekvenci a je zaručena frekvenční stabilita nosného signálu.

Obvod generování hodin

Různé hodiny potřebné pro práci jsou tvořeny frekvenčním děličem.

MCU

Mikrokontrolér je jádrem práce čtečky a dokončuje práci při odesílání a přijímání řízení, odesílání příkazů do elektronických štítků a zápisu dat, čtení a zpracování dat a komunikaci s aplikačními systémy na vysoké úrovni.

Anténa

Vytvořte spojovací zesíťování s elektronickým štítkem.

Návrh softwarového systému

Návrh softwarového systému zahrnuje návrh softwaru pro čtení karet, návrh softwaru pro zápis karet, návrh programu evakuačního rozhlasu a návrh programu sériové komunikace atd.

Poté, co jsou data přenášená IC kartou přijata anténou základnové stanice, jsou zpracována modulem RFID pro čtení a zápis a poté odeslána do vstupního portu mikroprocesoru přes výstupní pin základnové stanice. Zde základnová stanice dokončuje pouze práci příjmu a usměrňování signálu a práci na dekódování signálu vykonává mikroprocesor. Mikroprocesor potřebuje provést dekódovací operaci simulací časování podle doby trvání vstupního signálu na vysoké a nízké úrovni.

Řídicí program nejprve inicializuje RFID čtečku, vstupní a výstupní porty, relé, signalizaci a případný displej. V hlavní nekonečné smyčce se neustále testuje, zda je ke čtečce přiložen RFID prvek. Po načtení identifikačního čísla program porovná získaný údaj s uloženými přístupovými kódy.

V případě shody se sepne výstup pro zapalování nebo relé. Při přiložení RFID prvku, který nesplnil ani jednu z podmínek nastavených známých identifikačních čísel, je výstup ponechán rozpojený a může být aktivována zvuková nebo vizuální signalizace.

Praktické zapojení s Arduinem

V závěrečné lekci navážeme na předchozí zapojení. Kódový zámek se zadáváním hesla vylepšíme tím, že místo vstupní klávesnice použijeme RFID modul.

Výsledkem našeho zapojení tedy bude RFID vstupní ochranný systém. Přístupový systém je navržen jako elektronický zámek, který odemkne (sepne relé), jen pokud je přiložen správná RFID prvek.

Potřebné komponenty

• modul Arduino
• USB kabel
• RFID čtečka
• RFID čipový přívěsek na klíče
• RFID čipová karta
• modul relé
• LCD displej s I²C převodníkem
• nepájivé pole
• vodiče pro nepájivé pole
• vodiče typu „samec-samice“

Princip programu

Především potřebujeme znát identifikační čísla našich RFID „klíčů“ (přívěšek, čipová karta). Pro zjištění tohoto čísla použijeme kód prvního pomocného programu.

Jakmile budeme znát konkrétní čísla svého RFID přívěšku nebo RFID karty, použijeme tento údaj do druhého programu, který už bude sloužit jako přístupový systém.

Na začátku na LCD displeji bude zobrazen text „Vitejte“. Přiložíme RFID prvek (přívěšek, kartu) k modulu RFID čtečky.

Pokud je heslo správné, kontakt relé se sepne a na displeji v první řádce se zobrazí identifikační číslo RFID prvku (např. „ID:5AE4C955“). Pokud je přiložen RFID přívěšek je na druhém řádku displeje zobrazen text: „Ahoj Kosto!“. Pokud je přiložena RFID karta, dojde také k sepnutí relé a je zobrazen text „Zdravime bastlire“.

V případě přiložení neznámého RFID prvku, zůstane kontakt relé rozpojeno a na displeji se zobrazí text „Ahoj, cizince!“. Po chvíli se přístupový systém vrátí to výchozího stavu s hláškou „Vitejte“.

Zapojení RFID čtečky

Nejdříve potřebujeme získat identifikační údaje svých RFID prvků, abychom je pak mohli dosadit do hlavního programu.

Pro napájení modulu RFID čtečky musíme použít napájecí napájecí napětí 3,3 V, jinak se modul nenávratně zničí!

Zapojení relé

Zapojení I²C LCD1602

Získání identifikačních čísel

V prostředí mBlock vytvoříme následující program. Nejdříve je potřeba v programu definovat jednotlivé piny modulu Arduino, ke kterým je modul RFID čtečky připojen.

V hlavní nekonečné smyčce „opakuj stále“ se neustále testuje, zda je ke čtečce přiložen RFID prvek. Pokud ano je jeho identifikační číslo vypsáno na sériový port.

Číslo daného prvku se tedy přečteme aplikací Serial Monitor na počítači připojeném k modulu Arduino.

Zkompilujeme kód a nahrajeme do modulu Arduino tlačítkem .

Nyní modul Arduino odpojíme od prostředí mBlock pomocí tlačítkem . USB kabel modulu Arduino ale od počítače neodpojujeme!

Spustíme na počítači aplikaci Serial Monitor. V Serial Monitoru vybereme port, na které je náš modul Arduino (např. COM5) připojen a nastavíme komunikační rychlost na hodnotu 115200 baudů. Na závěr se tlačítkem „Connect“ připojíme k modulu Arduino.

Postupně umístíme všechny své RFID prvky do indukční zóny modulu RFID čtečky. V okně Serial Monitoru se vždy zobrazí číslo přiloženého čipu.

Všechna identifikační čísla si postupně poznamenáme, budeme je později potřebovat. V tomto okamžiku bychom tedy měli znát ID všech svých RFID klíčů.

Nahrání přístupového programu

Pomocí tlačítka „Disconnect“ odpojíme modul Arduino od aplikace Serial Monitor. Aplikaci Serial Monitor ukončíme, již ji nebudeme potřebovat.

V prostředí mBlock se opět připojíme k modulu Arduino tlačítkem .

V prostředí mBlock sestavíme nový program. Nezapomeňme do podmínek identifikace (v kódu označeno červeně) vložit právě získané identifikační číslo RFID přívěšku a RFID karty.

Na začátku programu je obvyklé nastavení LCD displeje a RFID čtečky. V hlavní nekonečné smyčce „opakuj stále“ je podobně jako v předešlém programu je testována RFID čtečka. Akce nastává až v případě přiložení RFID prvku.

Je načteno identifikační číslo přiloženého prvku a vypsáno na první řádek LCD displeje. Získané identifikační číslo RFID prvku je v následné kaskádě dvou podmínek postupně porovnáno s dvěma přednastavenými přístupovými kódy (přívěšek a karta).

V případě shody s jednou nebo druhou možností je vypsána příslušná hláška a je sepnuto relé. Při přiložení RFID prvku, který nesplnil ani jednu z podmínek nastavených známých identifikačních čísel, je zobrazena hláška pro cizího uživatele.

Pochopitelně se relé v tomto případě nespíná. Tím, že se tyto příkazy vykonávají jen v případě přiložení RFID je i automaticky vyřešena nečinnost systému v době, kdy je v pohotovostním režimu a čeká na přiložení RFID klíče.

To je signalizováno vypsáním textu „Vítejte“ první řádce LCD displeje.

Zkompilujeme kód a nahrajeme do modulu Arduino tlačítkem .

Můžeme postupně k RFID čtečce přikládat různé RFID prvku. Pokud je heslo správné, relé sepne a LCD zobrazí příslušnou hlášku - buď „Ahoj Kosto!“ (přiložen přívěšek na klíče), nebo „Zdravime bastlire“ (přiložena karta), relé ovládající zámek sepne.

Pokud je přiložen neznámý RFID prvek, systém také zareaguje. Zobrazí se „Ahoj, cizince!“, avšak elektronický zámek, který by byl připojený k relé, zůstane zamčený.

Ať již pokus o přístup skončí jakkoliv, o dvě vteřiny později se na displeji opět zobrazí úvodní „Vitejte!“ a přístupový systém je ve výchozím „čekacím“ režimu.

Zapojení RFID systému do spínání zapalování automobilu

U automobilové aplikace plní relé nebo výkonový výstup stejnou rozhodovací funkci jako elektronický zámek v laboratorním zapojení. Po ověření správného RFID prvku lze povolit napájení nebo řídicí signál zapalovacího systému.

Po načtení platného identifikačního kódu jednočipový mikropočítač vyšle správný signál do elektronického zapalovacího systému vozu a vůz lze nastartovat. Při neplatném kódu zůstane výstup pro zapalování deaktivovaný.

Zařízení může poskytovat výstupní signál pro ovládání zapalovacího systému. I když někdo vnikne do interiéru vozu destruktivním způsobem, nelze vůz nastartovat konfigurací klíče pro krádež.

Praktická konstrukce by měla oddělit nízkonapěťovou část RFID a mikrokontroléru od automobilových obvodů. Modul relé může sloužit jako demonstrační výstup, zatímco skutečné zapojení zapalování vyžaduje vhodné výkonové rozhraní, ochranu proti rušení a správně zvolený způsob blokování.

Rozdíl mezi RFID imobilizérem a bezklíčovým systémem

Bezklíčkové otevírání aut funguje na principu komunikace mezi klíčem a vozidlem. Po přiblížení se k autu a zmáčknutí senzoru na klice vozidla jeho dveří dojde k požadavku ze strany automobilu na komunikaci směrem ke klíči a v případě, že je nalezen odpovídající signál, vozidlo se odemkne.

Klíč musí být v takovém případě ale v bezprostřední blízkosti automobilu. Pak stačí již jen nastoupit, stisknout tlačítko pro nastartování a vozidlo tak uvést do provozu.

RFID systém s přiložením prvku používá krátkou bezkontaktní identifikaci v definované čtecí zóně. Uživatel musí RFID přívěsek nebo kartu přiložit ke čtečce, takže systém nevyžaduje nepřetržitou detekci klíče v okolí vozidla.

Riziko prodloužení signálu u Keyless systémů

Jelikož se jedná o pouhé zprostředkování komunikace mezi klíčem a vozidlem, objevili moderní zloději metodu, jak signál z klíčku prodloužit a obejít tak požadavek na jeho přítomnost v blízkosti auta.

Pomocí speciálního elektronického zařízení snadno prodlouží signál z klíče a signál z vozidla i na několik desítek, či stovek metrů. Pokud je vozidlo s tímto systémem zaparkováno před rodinným domem a jeho klíče jsou uloženy například v hale, předsíni za dveřmi, nebo u okna.

Pak zlodějům stačí přiblížit se k domu, nebo dveřím, signál klíčku zachytit pomocí antény, zesílit ho a dálkově přenést k vozidlu, kde čeká druhý ze zlodějů s druhou částí elektronického zařízení. Po odemknutí už zbývá jednoduše nasednout a odjet.

Možná Vás napadne, že po ujetí několika stovek metrů se vůz bez přítomnosti klíče zastaví, nebo zhasne motor. Bohužel to však není pravda. Automobil sice začne na palubní desce hlásit, že ztratil signál klíčku, ale i přesto je možné s ním nadále pokračovat v jízdě.

Volba RFID technologie podle použití

Pro RFID přístup do vozidel se obvykle volí technologie UHF RFID kvůli delšímu čtecímu dosahu. To umožňuje identifikovat vozidla i na dálku, což je nezbytné pro plynulý tok u vstupních bran.

V porovnání s řešeními s čárovými kódy nabízí UHF RFID rychlejší a bezkontaktní identifikaci. Technologie HF RFID může být vhodná pro kratší vzdálenosti nebo specifické aplikace, ale často postrádá flexibilitu potřebnou pro přístup do vozidel. LF RFID se používá méně kvůli omezené rychlosti a dosahu.

Správná volba závisí na prostředí, požadované čtecí vzdálenosti a integraci se stávajícími systémy. Pro spínání zapalování přiložením přívěšku nebo karty může být vhodná čtecí zóna s krátkým dosahem, zatímco automatické rozpoznání vozidla u brány vyžaduje jiný typ RFID řešení.

RFID přístup vozidel v areálech

Řízení přístupu vozidel je často časově náročné, náchylné k chybám a závislé na ručních kontrolách u závor nebo bran. To vede k čekacím dobám, omezené kontrole a riziku neoprávněného přístupu.

S přístupem vozidel RFID plně automatizujete řízení přístupu a získáte přehled v reálném čase o tom, kdo, kdy a kam vjíždí do areálu. Zvýšíte bezpečnost, zrychlíte průchodnost a minimalizujete lidské chyby.

Jak funguje RFID přístup k vozidlu

S přístupem do vozidel RFID automatizujete celý přístupový proces pomocí tagů RFID a čteček RFID. Vozidla jsou automaticky identifikována, když se blíží k přístupovému bodu, aniž by řidiči museli zastavovat nebo cokoli ručně zobrazovat.

V praxi jsou vozidla vybavena tagy RFID umístěnými například na čelním skle nebo uvnitř vozidla. Čtečky RFID po příjezdu zjistí signál a automaticky zkontrolují, zda je přístup povolen.

Během několika sekund se závora nebo brána otevře bez zásahu personálu. Všechna data jsou zpracovávána přímo do centrálního systému pro automatizaci a správu.

Vzniká tak kompletní přehled o pohybu vozidel včetně časů a míst. Tato data lze využít k analýze, optimalizaci logistiky a zlepšení bezpečnostních procesů v organizaci.

Výhody RFID přístupu

• Rychlý, automatizovaný přístup
• Sledování vozidel v reálném čase
• Snížení nákladů na personál
• Vysoká úroveň zabezpečení
• Bezproblémová integrace systému

Automatická identifikace eliminuje čekací doby a výrazně zlepšuje průjezdnost. To je důležité zejména v odvětvích, kde denně vjíždí a vyjíždí mnoho vozidel, jako je logistika a distribuce.

Tato technologie navíc zajišťuje spolehlivá data a plnou transparentnost přístupových procesů. Společnosti získávají přehled o způsobech používání a mohou optimalizovat procesy na základě faktů.

Oblasti použití

Přístup do vozidel RFID je vhodný zejména pro společnosti s velkým objemem pohybu vozidel a potřebou řízeného přístupu. Vzpomeňte si na logistická centra, průmyslové areály, distribuční uzly a zabezpečená parkoviště.

V těchto prostředích hrají rychlost a kontrola klíčovou roli v každodenním provozu. Tuto technologii využívají i organizace se zvýšenými požadavky na bezpečnost.

Díky použití tagů RFID a čteček RFID mohou mít přístup pouze oprávněná vozidla. Díky tomu je systém vhodný například pro letiště, vládní agentury a velké firemní areály, kde je kontrola a bezpečnost nezbytná.

Ochrana proti zneužití RFID systému

Identifikační číslo RFID prvku musí být jednoznačně přiřazeno oprávněnému uživateli nebo vozidlu. Při ztrátě přívěšku či karty je nutné příslušný identifikační údaj ze systému odstranit nebo deaktivovat.

Pro vyšší úroveň ochrany lze využít více než jednu podmínku ověření. Samotné načtení RFID prvku může být doplněno další kontrolou, například vazbou na konkrétní vozidlo nebo na další stav systému.

Technologie RFID přenáší specifické identifikační informace bezkontaktním, nevizuálním a vysoce spolehlivým způsobem, což lze dobře použít při ochraně proti krádeži automobilů, zlepšeníopatření proti krádeži a zabránění krádeži auta.

V současné době patrně neexistuje zaručený způsob, jak se takovéto krádeži bránit. Nejlepším řešením se v každém případě zdá instalace kvalitního zabezpečovacího prvku, který použití tohoto triku zabrání.

Další možností, jak zlodějům ztížit cestu v krádeži automobilu touto metodou, může být uchovávání klíčku v domě jinde, než v předsíni či hale (např. ve středu domu), a internetem se šíří také rady, aby byl klíček ukládán do plechové krabičky, nebo dokonce lednice, která ve své podstatě funguje jako Faradayova klec, a tak by neměla žádný signál propustit dovnitř, ani ven.

K ochraně je možné také zakoupit speciální obaly, které by rovněž měly signál dostatečně odstínit. Doufejme, že výrobci vozidel budou na tuto velice nepříjemnou záležitost co nejdříve reagovat a umožní na klíči například dočasné vypnutí/uspání vysílání signálu pomocí tlačítka, nebo přepínače, i když se tím pochopitelně výrazným způsobem sníží komfort použítí Keyless systémů, tedy jeho původní myšlenka.

Provozní omezení a bezpečné testování

Zapojení s Arduinem, RFID čtečkou a modulem relé je vhodné pro ověření principu identifikace, vyhodnocení přístupových kódů a ovládání výstupu. Přímé připojení experimentálního modulu k obvodům automobilu bez ověření napětí, proudů, rušení a způsobu blokování může způsobit poškození elektroniky nebo ohrozit bezpečnost provozu.

Při testování je proto vhodné nejprve ověřit chování systému na nízkonapěťové zátěži. Teprve potom lze připravit automobilové rozhraní odpovídající konkrétnímu zapalovacímu systému a požadavkům na zabezpečení vozidla.

tags: #system #rfid #zamku #spinac #zapalovani #bez