Α.Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ Τμήμα Βιομηχανικής Πληροφορικής ΑΓ. ΛΟΥΚΑΣ 65404 ΚΑΒΑΛΑ, 2510 462100 www.teikav.edu.gr ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΤΟ ΕΞΥΠΝΟ ΠΟΡΤΟΦΟΛΙ»

Α.Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ Τμήμα Βιομηχανικής Πληροφορικής ΑΓ. ΛΟΥΚΑΣ 65404 ΚΑΒΑΛΑ, 2510 462100 www.teikav.edu.gr ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΤΟ ΕΞΥΠΝΟ ΠΟΡΤΟΦΟΛΙ» ΜΑΛΑΜΙΔΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Α.Ε.Μ. 1670 ΜΙΧΑΛΟΠΟΥΛΟΣ ΧΑΡΙΛΑΟΣ Α.Ε.Μ. 1392 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Δρ. ΤΣΙΝΑΚΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΚΑΒΑΛΑ Ιούλιος 2008

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Εισαγωγή...7 1.1. Σκοπός της πτυχιακής εργασίας...7 1.2. Απαιτήσεις... 8 1.3. Προδιαγραφές...9 1.4. Ανάλυση Επικινδυνότητας...9 1.5. Αναλυτική δομή επόμενων κεφαλαίων... 10 1.6. Ανασκόπηση 1ου Κεφαλαίου... 10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Γνωριμία με το RFID... 11 2.1. Τι είναι το RFID;... 11 2.2. Από τι αποτελείται ένα σύστημα RFID;... 11 2.3. Γιατί η τεχνολογία RFID έχει γίνει τόσο δη μοφιλής;... 13 2.4. Οδεύουμε συνεπώς προς αντικατάσταση των barcodes;... 13 2.5. Ποιες διαφορετικές συχνότητες υπάρχουν;... 13 2.6. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των read-only και read-write ετικετών / καρτών RFID;... 14 2.7. Ποια η διαφορά μεταξύ παθητικών και ενεργών ετικετών;... 14 2.8. Πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα συστήματα RFID;... 14 2.9. Πόση και τι είδους πληροφορία μπορεί να αποθηκεύσει μια ετικέτα RFID; 15 2.10. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα για τις επιχειρήσεις;... 15 2.11. Τι ισχύει με τα πρότυπα;... 16 2.12. Ποιο είναι το κόστος του απαιτούμενου εξοπλισμού;... 16 2.13. Υπάρχουν προβλήματα ασφαλείας με τη χρήση του RFID;... 17 2.14. Το RFID στο υπό ανάπτυξη σύστημα Επιτήρησης... 17 2.15. Ανασκόπηση 2ου Κεφαλαίου... 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. Τα βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα του υλικού της εφαρμογής και οι λόγοι για τους οποίους επιλέχθηκαν...19 3.1. Αναγνώστης (reader ) καρτών RFID AR-721U της Soyal... 19 3.1.1. Γενικά χαρακτηριστικά του αναγνώστη καρτών:...20 3.1.2. Μορφή δεδομένων εξόδου του αναγνώστη... 21 3.1.3. Περιγραφή των πληροφοριών που βγάζει στην έξοδο ο αναγνώστης. 21 3.1.4. Μορφή δεδομένων εξόδου του Card-Reader...22 3.1.4.1. Μορφοποίηση Wiegand...22 3.1.4.2. Πρότυπο μορφοποίησης δεδομένων wiegand...23 3.1.4.3. Πρότυπο σηματοδότησης Wiegand...23 3.1.4.4. Μορφοποίηση σειριακή RS-232: 9600, N, 8, 1... 23 3.2. Μικροελεγκτής AT Tiny26L της Atmel...25 3.2.1. Χαρακτηριστικά:...25 3.2.2. Κριτήρια Επιλογής Εξαρτήματος:...26 3.3. Σταθεροποιητής τάσης LP2951CN της National Semiconductor...27 3.4. Κάρτα RFID της Soyal...27 3.5. Υπόλοιπα υλικά...28 3.6. Ανασκόπηση 3ου Κεφαλαίου...28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. Υλοποίηση...29 4.1. Βασικές αρχές λειτουργίας του κυκλώματος...29 4.1.1. Περιγραφή επικοινωνίας Αναγνώστη - Κάρτας...29 4.2. HARDWARE...36

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 3 4.3. SOFTWARE... 38 4.3.1. Εισαγωγή: Η σειριακή επικοινωνία του reader με τον μικροελεγκτή Tiny26L...38 4.3.2. Format δεδομένων που στέλνει ο Card-Reader... 39 4.3.3. Ο Κώδικας...39 4.3.4. Δομή του προγράμματος...40 4.3.4.1. Κυρίως Ρουτίνα (Main Routine)...40 4.3.4.2. Υπορουτίνες...40 4.3.4.2.1. Υπορουτίνα getchar...40 4.3.4.2.2. Υπορουτίνα readcard...41 4.3.4.2.3. Υπορουτίνα readandstore...41 4.3.4.2.4. Υπορουτίνες ενεργοποίησης του beeper beep1=0,025s, beep2=0,5s,...41 4.3.4.2.5. Read the contain of the eeprom to RxByte register... 41 4.3.4.26. WRITE TO EEPROM...42 4.3.4.2.7. EEWrite...42 4.3.4.2.8. Υπορουτίνες χρονοκαθυστέρησης UART_delay 34uSec, UART_delay 50uSec, Delay routine 24.6mSec, Delay routine 200mSec, Delay routine 2Sec... 42 4.3.5. Συνοπτικό Διάγραμμα Ροής...43 4.3.6. Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής...45 4.4. Στιγμιότυπα από την κατασκευή... 53 4.5. Ανασκόπηση 4ου Κεφαλαίου... 58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Συμπεράσματα και Βελτιώσεις...59 5.1. Συμπεράσματα... 59 5.1.1. Από την ανάπτυξη του συστήματος... 59 5.1.2. Από τους πειραματισμούς κατά την ανάπτυξη...60 5.1.3. Από τη λειτουργία της τελικής συσκευής...61 5.2. Βελτιώσεις...62 5.3. Προγράμματα και εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν...63 5.3.1. Προγράμματα...63 5.3.2. Όργανα και εργαλεία...64 5.4. Ανασκόπηση 5ου Κεφαλαίου...64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. Βιβλιογραφία... 65 6.1. Πηγές από βιβλία...65 6.2. Πηγές από το Διαδίκτυο...65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ... 66 7.1. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Ο Κώδικας του Μικροελεγκτή...66 7.1.1. Περιγραφή & ανάλυση κώδικα assembly... 66

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 4 Λίστα Εικόνων Εικόνα 1.1 Η συσκευή επιτήρησης και το πορτοφόλι που βρίσκεται υπό επιτήρηση.. 7 Εικόνα 1.2 Οι 2 συσκευές του συστήματος επιτήρησης «Έξυπνο πορτοφόλι»... 8 Εικόνα 2.1 Παθητικές ετικέτες RFID... 11 Εικόνα 2.2 Παθητική κάρτα RFID Εικόνα 2.3 Παθητική ετικέτα RFID... 11 Εικόνα 2.4 Αναγνώστες ετικετών RFID (RFID readers)... 12 Εικόνα 2.5 Μονάδα ελέγχου RFID με μικροελεγκτή... 12 Εικόνα 2.6 Λογισμικό Εφαρμογών - Ελέγχου RFID... 12 Εικόνα 2.7 Τα μέρη της συσκευής... 18 Εικόνα 3.1 Ο καρταναγνώστης που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή... 19 Εικόνα 3.2 Standard 26-bit Wiegand Format...23 Εικόνα 3.3 Παλμοσειρά αποστολής 8 bit δεδομένων με το μορφοποίηση RS-232 σε αντεστραμμένη στάθμη TTL. Αυτή χρησιμοποιήθηκε τελικά στη σχεδίαση...24 Εικόνα 3.4 Ο Μικροελεγκτής...25 Εικόνα 3.5 LP2951CN [Βιβλιογραφία Π4 ]...27 Εικόνα 4.1 Αναπαράσταση του τρόπου επικοινωνίας Reader - Κάρτας...29 Εικόνα 4.2 Συχνότητα εκπομπής reader και κάρτας RFID...30 Εικόνα 4.3 Διαμορφωμένο σήμα εκπομπης 125KHz καρτας RFID...31 Εικόνα 4.4 Παλμοσειρά στην έξοδο του reader με τα σειριακά δεδομένα που έστειλε η κάρτα...31 Εικόνα 4.5 Όλος ο κύκλος λειτουργίας ON του Reader...32 Εικόνα 4.6 1) Τάση τροφοδοσίας του reader, 2) Τάση στην έξοδο cardpresent. Απομακρυσμένη κάρτα RFID...33 Εικόνα 4.7 1)παλμοσειρα δεδομένων κάρτας, 2)pin εξόδου cardpresent...33 Εικόνα 4.8 1) Έξοδος reader, 2) Τάση στην έξοδο cardpresent... 34 Εικόνα 4.9 1) Τάση τροφοδοσίας του reader, 2) Τάση στην έξοδο cardpresent... 34 Εικόνα 4.10 Το σχηματικό διάγραμμα της «συσκευής επιτήρησης»... 36 Εικόνα 4.11 Παλμοσειρά 1 bit έναρξης, 8 bit δεδομένων δηλαδή 1 byte...38 Εικόνα 4.12 Συνοπτικό Διάγραμμα Ροής...43 Εικόνα 4.13 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 1...45 Εικόνα 4.14 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 2...46 Εικόνα 4.15 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 3...47 Εικόνα 4.16 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 4...48 Εικόνα 4.17 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 5...49 Εικόνα 4.18 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 6...50 Εικόνα 4.19 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 7...51 Εικόνα 4.20 Αναλυτικό Διάγραμμα Ροής τμήμα 8...52 Εικόνα 4.21 Επέμβαση στον Card Reader... 53 Εικόνα 4.22 Αναλογικός παλμογράφος. Πολύ δύσκολη η ανάλυση και η μέτρηση της κυματομορφής...54 Εικόνα 4.23 Τα κυριότερα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή, αρχικά. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε και ψηφιακός παλμογράφος... 54 Εικόνα 4.24 Η αρχική εναέρια κατασκευή σε πλακέτα δοκιμών...55 Εικόνα 4.25 Καλύτερη άποψη της δοκιμαστικής πλακέτας... 55 Εικόνα 4.26 Όλη η δοκιμαστική κατασκευή αποτελούμενη από 3 πλακέτες. Τον programmer, card-reader, και την πλακέτα με τα υπόλοιπα υλικά και τις διασυνδέσεις...56

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 5 Εικόνα 4.27 Η πρώτη version της τελικής πλακέτας με όλα τα υλικά (μικροελεγκτή, σταθεροποιητές, μπουτόν, διακόπτη κλπ)... 56 Εικόνα 4.28 Πρώτη έκδοση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Οι διακόπτες είναι απέναντι ο ένας από τον άλλο, άβολο για την εφαρμογή σε κουτί...57 Εικόνα 4.29 Δεύτερη έκδοση της πλακέτας, με μικρότερες διαστάσεις, καλύτερη τοποθέτηση των υλικών και καλύτερους χαλκοδιαδρόμους. Οι διακόπτες είναι τώρα στην ίδια πλευρά... 57 Εικόνα 4.30 Η v1 πλακέτα (=πρώτη έκδοση) σε λειτουργία ενώ ετοιμάζεται η ν2 πλακέτα (=δεύτερη έκδοση)...58

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 6 Λίστα Πινάκων Πίνακας 1 ΠΙΝΑΚΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ READER ΤΗΣ SOYAL...20 Πίνακας 2 Δυνατές επιλογές πρωτοκόλλου εξόδου του Card Reader...21 Πίνακας 3 Η υπορουτίνα getchar...44

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Εισαγωγή 1.1. Σκοπός της πτυχιακής εργασίας Η πτυχιακή εργασία είναι ένα είδος συναγερμού κλοπής: Έχει σαν σκοπό να ειδοποιεί τον κάτοχο ενός πορτοφολιού σε περίπτωση που αυτό απομακρυνθεί για μερικά δευτερόλεπτα. Αυτό γίνεται με τη χρήση τεχνολογίας RFID1. Για να μπορεί να επιτηρείται, το πορτοφόλι αυτό πρέπει να περιέχει μια κάρτα RFID σε μέγεθος πιστωτικής κάρτας. Επομένως αποτελείται από 2 κομμάτια που συνεργάζονται μεταξύ τους στην εφαρμογή μας: 1) Συσκευή επιτήρησης (την σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε) 2) Κάρτα ηλεκτρονική, τεχνολογίας RFID, που τοποθετείται μέσα στο επιτηρούμενο πορτοφόλι. _, 2. Κάρτα RFID 1 Συσκευή επ τήρησης μέσα στο πορτοφόλι Εικόνα 1.1 Η συσκευή επιτήρησης και το πορτοφόλι που βρίσκεται υπό επιτήρηση. Βλέποντας απομονωμένα τα δύο κομμάτια του συστήματος παρακάτω, μπορούμε να πούμε ότι είναι ένα ζεύγος συσκευών που χρησιμοποιούν ασύρματη ζεύξη μεταξύ τους, δηλαδή με ραδιοκύματα. Αυτό κάνει την χρήση πιο εύκολη διότι τα ραδιοκύματα μπορούν να περνούν μέσα από τα τοιχώματα του πορτοφολιού και των αντικειμένων που περιέχει π.χ. πιστωτικές κάρτες, χαρτονομίσματα, κέρματα, χαρτιά, εισιτήρια. Δεν απαιτείται στενή επαφή των δύο κομματιών του συστήματος, αφού μπορούν να απέχουν μέχρι 12 cm μεταξύ τους. 1Radio Frequency Identification = Ραδιοσυχνοτική ταυτοποίηση

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 8 2. Κάρτα RFID 1. Συσκευή επιτήρησης Εικόνα 1.2 Οι 2 συσκευές του συστήματος επιτήρησης «Έξυπνο πορτοφόλι» Αξίζει να σημειώσουμε ότι η εφαρμογή αυτή είναι λίγο ασυνήθιστη αφού η τεχνολογία RFID συνήθως χρησιμοποιείται για εντοπισμό και ταυτοποίηση αντικειμένων εξ αποστάσεως, όταν αυτά πλησιάσουν. Στην περίπτωση του «έξυπνου πορτοφολιού» η ενεργοποίηση του συναγερμού γίνεται όταν το πορτοφόλι απομακρυνθεί από τη συνοδευτική συσκευή. Έχουμε μια «αντίστροφη» χρήση της τεχνολογίας αυτής. Επιπλέον η καινοτομία στην κατασκευή είναι ότι για πρώτη φορά σχεδιάστηκε συσκευή με φορητό και τον αναγνώστη καρτών, αλλά ΚΥΡΙΩΣ με μια μικρή και φορητή μονάδα ελέγχου. Οι μονάδες ελέγχου για αναγνώστες καρτών RFID είναι συνήθως ογκώδεις και βρίσκονται σε σταθερό σημείο με πρόσβαση σε ηλεκτρική ενέργεια. 1.2. Απαιτήσεις Το σύστημα που κληθήκαμε να αναπτύξουμε θα αποτελείται από 2 τμήματα: τη συσκευή επιτήρησης (που θα αναπτυχτεί από τους συγγράφοντες ) και την κάρτα που θα τοποθετείται μέσα στο πορτοφόλι που πρόκειται να επιτηρείται (αυτή διατίθεται έτοιμη στην αγορά). Το σύστημα θα χρησιμοποιεί ως βάση του την τεχνολογία RFID. Η συσκευή επιτήρησης πρέπει να είναι σχετικά μικρή σε μέγεθος ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί σε μία τσάντα. Το σύστημα πρέπει να τροφοδοτείται από μπαταρία και να έχει κάποια λογική αυτονομία, επομένως και χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση. Τα εξαρτήματα που θα χρησιμοποιηθούν στην υλοποίηση πρέπει να είναι διαθέσιμα στην αγορά. Η κατασκευή της συσκευής επιτήρησης πρέπει να γίνει σε πλακέτα ειδικά σχεδιασμένη για την περίσταση και να τοποθετηθεί σε κουτί με επίπεδο σχήμα και κατάλληλα μικρές διαστάσεις.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 9 1.3. Προδιαγραφές Όσο το πορτοφόλι είναι μέσα στην τσάντα δεν θα γίνεται τίποτε, δηλαδή απλά θα διαπιστώνεται η παρουσία της κάρτας χωρίς να ειδοποιείται η χρήστης. Αυτή η κατάσταση λειτουργίας θα λέγεται «λειτουργία επιτήρησης». Αν το πορτοφόλι απομακρυνθεί από την τσάντα, μέσα σε 2 δευτερόλεπτα να ηχεί «προειδοποιητικός τόνος». Αν ηχεί ο «προειδοποιητικός τόνος» και στη διάρκειά του ο χρήστης δεν κάνει κάποια κίνηση αναίρεσης, μετά από 4 δευτερόλεπτα να ηχεί «συναγερμός κλοπής». Αν ηχεί ο «προειδοποιητικός τόνος» και ο χρήστης πιέσει το κουμπί στη συσκευή επιτήρησης, να παύει ο τόνος και να δίνεται η δυνατότητα να λείπει το πορτοφόλι για 30 δευτερόλεπτα ακόμη, π.χ. για να μπορεί να βγάλει ο χρήστης το πορτοφόλι του και να κάνει κάποια συναλλαγή. Τη λειτουργία αυτή θα ονομάζουμε «παράταση 30 sec». Αν το πορτοφόλι επιστρέψει στη θέση του είτε στη διάρκεια του προειδοποιητικού τόνου είτε του συναγερμού κλοπής, ο ήχος να παύει και το σύστημα να ξαναμπαίνει σε λειτουργία επιτήρησης. Να υπάρχει διακόπτης ON/OFF πάνω στη συσκευή επιτήρησης. Έτσι ο χρήστης θα μπορεί να ανάβει και να σβήνει το σύστημα κατά βούληση. Επιπλέον προδιαγραφές: Το σύστημα να αναγνωρίζει την κάρτα που βρίσκεται δίπλα του μόλις τεθεί αυτό σε λειτουργία και να επιτηρεί στη συνέχεια αυτή τη συγκεκριμένη κάρτα, με άλλα λόγια να μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε κάρτα τοποθετήσουμε μέσα στο πορτοφόλι και όχι μόνο με μια συγκεκριμένη. Αν το πορτοφόλι επιστρέψει στη θέση του στη διάρκεια του χρόνου της «παράτασης 30 sec», το σύστημα να ξαναμπαίνει σε λειτουργία επιτήρησης (ώστε να είναι έτοιμο να ηχήσει προειδοποίηση ή συναγερμό σε περίπτωση νέας απομάκρυνσης). 1.4. Ανάλυση Επικινδυνότητας Δεν υπάρχουν κίνδυνοι για ηλεκτροπληξία λόγω της τροφοδοσίας από μπαταρία χαμηλής τάσης και χαμηλού ρεύματος. Δεν υπάρχει κίνδυνος από τα ραδιοκύματα. Η συσκευή εκπέμπει για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (0,2 sec) σήμα συχνότητας 125KHz πάρα πολύ μικρής ισχύος. Η συχνότητα αυτή είναι εντελώς ακίνδυνη για ανθρώπους και ακόμη και μικρά ζώα. Παρ όλα αυτά μην την δίνετε ή μην την πλησιάζετε κοντά σε μικρά παιδιά. Δεν έχει ελεγχθεί αν αυτή η συχνότητα σε αυτήν την χαμηλή ισχύ μπορεί να επηρεάσει ηλεκτρονικά ιατρικά μηχανήματα, όπως ακουστικά βαρηκοΐας καρδιακούς βηματοδότες κ.λ.π. Η συσκευή επιτήρησης δεν είναι αδιάβροχη. Η συσκευή δεν επιτρέπεται να εκτεθεί σε νερό ή βροχή γιατί υπάρχει κίνδυνος καταστροφής της. Η «έξυπνη κάρτα» είναι αδιάβροχη αλλά και πάλι δεν πρέπει να βυθίζεται σε νερό.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 10 Σε περίπτωση που η συσκευή επιτήρησης βραχεί με νερό βροχής, σβήστε την αμέσως, ανοίξτε το κάλυμμα, αφαιρέστε την μπαταρία και αφήστε την να στεγνώσει (για θαλασσινό νερό, αφαιρέστε την μπαταρία, ξεπλύνετε πρώτα με άφθονο αποσταγμένο νερό την πλακέτα και μετά στεγνώστε την). Μόνο αφού στεγνώσει για ένα ολόκληρο εικοσιτετράωρο μπορείτε να ξανασυνδέσετε την μπαταρία και να δοκιμάσετε αν λειτουργεί. Προσοχή να μην υπάρχουν άλλες κάρτες RFID εντός εμβέλειας της συσκευής γιατί το σύστημα δεν θα λειτουργεί και θα ηχεί συνέχεια ο συναγερμός. Οι εξαντλημένες μπαταρίες μολύνουν σοβαρά το περιβάλλον γι αυτό θα πρέπει να φροντίζουμε να ανακυκλώνονται. Ομοίως πρέπει να ληφθεί μέριμνα ανακύκλωσης για τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά μέρη της συσκευής και την κάρτα όταν θα σταματήσουν να μας εξυπηρετούν (www.electrocycle.gr ). 1.5. Αναλυτική δομή επόμενων κεφαλαίων Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται μια αρκετά εκτενής αναφορά στην τεχνολογία RFID, τις βασικές αρχές στις οποίες στηρίζεται, πως λειτουργεί, και τα είδη RFID που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά. Στο 3ο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά στα υλικά που αποτελούν το Hardware της κατασκευής και αναφέρονται οι λόγοι που προτιμήθηκαν αυτά τα υλικά. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή του ηλεκτρονικού κυκλώματος της συσκευής, από ποια τμήματα αποτελείται, πως γίνεται η συνδεσμολογία μεταξύ τους και η περιγραφή του τρόπου λειτουργίας, περιγραφή των μεθόδων επικοινωνίας των τμημάτων της συσκευής, με ποιο πρωτόκολλο επικοινωνούν καθώς επίσης και η περιγραφή του κώδικα και επεξήγηση των κυριότερων υπορουτινών. Στο 5ο κεφάλαιο περιέχει τα συμπεράσματα από την εμπειρία της ανάπτυξης του συστήματος καθώς και προτάσεις για βελτιώσεις. Στο 6ο κεφάλαιο υπάρχουν τα παραρτήματα με το πρόγραμμα της συσκευής επιτήρησης, αναλυτικό διάγραμμα ροής του προγράμματος και οι σύνδεσμοι που χρησιμοποιήθηκαν για πληροφορίες σχετικές με το όλο project. 1.6. Ανασκόπηση 1ου Κεφαλαίου Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται ο σκοπός της πτυχιακής εργασίας, τι δηλαδή πρέπει να κατασκευαστεί, πώς να κατασκευαστεί, ποιες οι απαιτήσεις του συστήματος και ποιες τελικά προδιαγραφές επιτεύχθηκαν, επίσης έγινε ανάλυση επικινδυνότητας και μια περιγραφή των επόμενων κεφαλαίων που ακολουθούν.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Γ νωριμία με το RFID 2.1. Τι είναι το RFID; To RFID αποτελεί την πλέον σύγχρονη -όσον αφορά την εφαρμογή της- τεχνολογία ηλεκτρονικής ταυτοποίησης. Στηρίζεται στη χρήση ραδιοκυμάτων και επιτρέπει την αυτόματη αναγνώριση ανθρώπων ή, κατά κύριο λόγο, αντικειμένων τα οποία φέρουν RFID ετικέτες2 / κάρτες (ετικέτες ή κάρτες που ενσωματώνουν μικροεπεξεργαστή και κεραία) και μπορούν να ανιχνευθούν αυτόματα από σταθερούς ή φορητούς αναγνώστες (readers) RFID, χωρίς να είναι απαραίτητη η σάρωση του κάθε μεμονωμένου αντικειμένου. Η κεραία επιτρέπει στο μικροεπεξεργαστή να μεταφέρει τις πληροφορίες αναγνώρισης στον αναγνώστη, ο οποίος με τη σειρά του μετατρέπει τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από την ετικέτα RFID σε ψηφιακές πληροφορίες. Οι πληροφορίες αυτές μπορούν στη συνέχεια να "περάσουν" σε μικροελεγκτές ή υπολογιστές για περαιτέρω χρήση. 2.2. Από τι αποτελείται ένα σύστημα RFID; Ένα σύστημα RFID αποτελείται από τα ακόλουθα: Από πλευράς υλικού (hardware): Μία ή περισσότερες ετικέτες / κάρτες (tags / cards) με κεραία. 2 Εικόνα 2.1 Παθητικές ετικέτες RFID Εικόνα 2.2 Παθητική κάρτα RFID Εικόνα 2.3 Παθητική ετικέτα RFID 2 Παρακάτω με τον όρο «ετικέτα RFID» θα εννοείται είτε ετικέτα είτε κάρτα, αφού διαφέρουν μόνο στο σχήμα.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 12 Έναν ή περισσότερους αναγνώστες (readers) με κεραία. Εικόνα 2.4 Αναγνώστες ετικετών RFID (RFID readers). Μια μονάδα ελέγχου με μικροελεγκτή ή ένα host computer. Εικόνα 2.5 Μονάδα ελέγχου RFID με μικροελεγκτή. Μονάδες επικοινωνίας με τον χρήστη, π.χ. πλήκτρα, φωτοδιόδους, βομβητές, οθόνη. Από πλευράς λογισμικού (software): Λογισμικό εφαρμογών. Εικόνα 2.6 Λογισμικό Εφαρμογών - Ελέγχου RFID

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 13 2.3. Γιατί η τεχνολογία RFID έχει γίνει τόσο δημοφιλής; Επειδή τα τελευταία χρόνια ο όρος RFID ακούγεται ολοένα συχνότερα, οι περισσότεροι πιστεύουν ότι πρόκειται για μια νέα τεχνολογία. Η αλήθεια είναι ότι τα συστήματα RFID χαμηλής συχνότητας υπάρχουν από τη δεκαετία του '70. Ο λόγος για τον οποίο η συγκεκριμένη τεχνολογία δεν εξαπλώθηκε όλα αυτά τα χρόνια έχει κυρίως να κάνει με το υψηλό κόστος κατασκευής των μικροεπεξεργαστών και των αναγνωστών. Ένας άλλος λόγος αφορά την έλλειψη κοινών προτύπων που θα επέτρεπαν σε κάθε αναγνώστη RFID να αναγνωρίζει κάθε μικροεπεξεργαστή. Πλέον, στο RFID οι κατασκευαστές βλέπουν μια τεχνολογία σαφώς πιο αποτελεσματική αλλά και πιο ανθεκτική από τα γνωστά μας barcodes3, τα οποία παρουσιάζουν αρκετές δυσκολίες στην ανάγνωση, για παράδειγμα όταν το barcode δεν περάσει ακριβώς μπροστά από το scanner4, ή αν είναι ξεθωριασμένο ή σχισμένο. 2.4. Οδεύουμε συνεπώς προς αντικατάσταση των barcodes; Όπως αναφέραμε παραπάνω, τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας RFID έναντι αυτής των barcodes είναι αρκετά. Στα παραπάνω θα πρέπει να προσθέσουμε ότι: α) Μια ετικέτα RFID μπορεί να μεταφέρει αρκετές πιο χρήσιμες πληροφορίες από ένα barcode, όπως για παράδειγμα την ημερομηνία λήξεως, στοιχείο ιδιαίτερα χρήσιμο για πολλά ευπαθή προϊόντα όπως π.χ. το γάλα. β) Τα barcodes είναι μια "line-of-sight" τεχνολογία, κάτι που σημαίνει ότι ο scanner θα πρέπει να "βλέπει" το γραμμωτό κώδικα για να τον διαβάσει. Αντίθετα, οι ετικέτες RFID δεν απαιτούν οπτική επαφή με τον αναγνώστη και μπορούν να διαβαστούν όσο βρίσκονται μέσα στην ακτίνα ανάγνωσής του. Παρόλα αυτά, και για το άμεσο τουλάχιστον μέλλον, δεν διαφαίνεται αντικατάσταση των barcodes, τα οποία είναι σαφώς φθηνότερα από τις ετικέτες RFID, αλλά και αποτελεσματικά σε συγκεκριμένους τομείς. Έτσι, το πιο πιθανό είναι τα barcodes και το RFID να συνυπάρχουν για αρκετά χρόνια. 2.5. Ποιες διαφορετικές συχνότητες υπάρχουν; Όπως ρυθμίζουμε τις διάφορες συχνότητες στο ραδιόφωνο για να εντοπίσουμε τους σταθμούς που θέλουμε, έτσι και στην περίπτωση του RFID οι ετικέτες και οι αναγνώστες θα πρέπει να ρυθμιστούν στην ίδια συχνότητα για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Τα συστήματα RFID χρησιμοποιούν διάφορες συχνότητες ραδιοκυμάτων, αλλά οι πλέον συνηθισμένες είναι: η χαμηλή (low) συχνότητα (περίπου 125KHz), η υψηλή (high) συχνότητα (13,56MHz) και η υπερ-υψηλή (ultra-high) ή UHF (860-960MHz). Σε μερικές εφαρμογές χρησιμοποιείται και: η μικροκυματική συχνότητα (2,45GHz). 3 Barcode = Γραμμωτός κώδικας 4 Scanner = Αναγνώστης ετικετών γραμμωτού κώδικα

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 14 Η διαφορά στη συχνότητα παίζει ρόλο και στην εφαρμογή. Έτσι, για παράδειγμα, οι ετικέτες χαμηλής συχνότητας θεωρούνται ιδανικές για αναγνώριση αντικειμένων με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, όπως τα φρούτα, και έχουν ακτίνα ανάγνωσης περίπου 0,3 μέτρα, ενώ οι ετικέτες υψηλής συχνότητας λειτουργούν καλύτερα σε μεταλλικά αντικείμενα, με ακτίνα ανάγνωσης ενός μέτρου. Οι ετικέτες UHF χρησιμοποιούνται κυρίως για αναγνώριση παλετών σε αποθήκες με ακτίνα ανάγνωσης από 3,3 έως 6,6 μέτρα. Στις υπερ-υψηλές συχνότητες, η ακτίνα ανάγνωσης μπορεί να ξεπεράσει και τα 30 μέτρα. 2.6. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των read-only και read-write ετικετών / καρτών RFID; Οι μικροεπεξεργαστές στις RFID ετικέτες / κάρτες μπορεί να είναι "read-write", "read-only", ή "write once, read many" (WORM). Στους επεξεργαστές read-write μπορούμε να προσθέσουμε πληροφορίες στην ετικέτα ή να γράψουμε πάνω σε υπάρχουσες πληροφορίες όταν η ετικέτα βρίσκεται στην ακτίνα ενός αναγνώστη. Συνήθως οι ετικέτες αυτές έχουν ένα σειριακό αριθμό που δεν μπορούμε να διαγράψουμε, ενώ μπορούμε να "κλειδώσουμε" και κάποια δεδομένα, έτσι ώστε να μην παραγραφούν. Οι επεξεργαστές read-only ενσωματώνουν πληροφορίες που έχουν αποθηκευθεί σε αυτούς κατά τη διάρκεια της κατασκευής τους και οι οποίες δεν μπορούν ποτέ να τροποποιηθούν. Στις ετικέτες WORM μπορούμε να γράψουμε ένα σειριακό αριθμό μία φορά, και η συγκεκριμένη πληροφορία δεν μπορεί στη συνέχεια να διαγραφεί. 2.7. Ποια η διαφορά μεταξύ παθητικών και ενεργών ετικετών; Οι ενεργές ετικέτες RFID διαθέτουν ένα πομπό και τη δική τους πηγή ενέργειας (συνήθως μια μπαταρία) που χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του κυκλώματος του μικροεπεξεργαστή και τη μετάδοση του σήματος στον αναγνώστη. Οι παθητικές ετικέτες RFID δεν έχουν μπαταρία και τροφοδοτούνται από τον αναγνώστη, ο οποίος εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα που δημιουργούν πεδίο στην κεραία της ετικέτας. Υπάρχουν και οι ημι-παθητικές ετικέτες που χρησιμοποιούν μπαταρία για το μικροεπεξεργαστή, αλλά επικοινωνούν απορροφώντας ενέργεια από τον αναγνώστη. Οι ενεργές και ημι-παθητικές ετικέτες χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανίχνευση αγαθών υψηλής αξίας που πρέπει να παρακολουθούνται σε μεγάλες κλίμακες (π.χ. αυτοκίνητα που μεταφέρονται από φορτηγό) και είναι πιο ακριβές από τις παθητικές, οι οποίες είναι και οι συνηθέστερες και χρησιμοποιούνται συχνότερα σε προϊόντα χαμηλής αξίας. 2.8. Πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα συστήματα RFID; Όπως προείπαμε, οι ετικέτες RFID αποθηκεύουν πληροφορίες σχετικές με τους ανθρώπους ή τα αντικείμενα που τις φέρουν. Έτσι, στην πράξη, μπορούν να βρουν εφαρμογή σε πληθώρα τομέων όπου η αναγνώριση ανθρώπων ή αντικειμένων είναι

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 15 απαραίτητη. Για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη συσκευασία των προϊόντων, σε βιβλιοθήκες, σε πιστωτικές κάρτες, ή ακόμα και σε ένα σήμα ή έγγραφο ταυτοποίησης όπως η ταυτότητα, το διαβατήριο, ή το δίπλωμα οδήγησης. Μία από τις πλέον συνήθεις εφαρμογές τους είναι ο χώρος της εφοδιαστικής αλυσίδας, όπου μπορούν να αναγνωρίζουν προϊόντα είτε κατά τη διάρκεια της μεταφοράς τους, είτε εντός βιομηχανικών μονάδων, είτε αυτά βρίσκονται σε παλέτες, αποθήκες ή στα ράφια των καταστημάτων. Στο εξωτερικό η χρήση τους έχει ήδη επεκταθεί σε πάρα πολλούς τομείς. Για παράδειγμα ενσωματώνονται σε κατοικίδια ζώα ή σε ζώα σε κτηνοτροφικές μονάδες, καθώς και σε βραχιόλια που φορούν ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο του Αλτζχάιμερ, τρόφιμοι σωφρονιστικών ή άλλων ιδρυμάτων, ακόμη και σε παιδιά που νοσηλεύονται για την αποφυγή απαγωγών. 2.9. Πόση και τι είδους πληροφορία μπορεί να αποθηκεύσει μια ετικέτα RFID; Η ποσότητα της πληροφορίας που μπορεί να αποθηκεύσει μια ετικέτα RFID εξαρτάται από τον προμηθευτή και την εφαρμογή, αλλά τυπικά δεν υπερβαίνει τα 2KB δεδομένων, αρκετά για να αποθηκεύσουν βασικές πληροφορίες για το αντικείμενο που τη φέρει. Στην παρούσα φάση, οι εταιρίες εξετάζουν τη χρήση μιας απλής ετικέτας αντίστοιχης με μια "πινακίδα άδειας κυκλοφορίας", η οποία περιλαμβάνει μόνο ένα σειριακό αριθμό 96-bit, έχει χαμηλότερο κόστος κατασκευής και είναι πιο χρήσιμη σε εφαρμογές όπου η ετικέτα θα πεταχτεί με τη συσκευασία. Οι ετικέτες μπορούν να φέρουν από απλές πληροφορίες, όπως τα στοιχεία του κατόχου ενός κατοικίδιου ή τις οδηγίες καθαρισμού ενός ρούχου, έως πιο σύνθετες, όπως οδηγίες συναρμολόγησης ενός αυτοκινήτου. Μερικοί κατασκευαστές αυτοκινήτων χρησιμοποιούν συστήματα RFID στη γραμμή παραγωγής, όπου σε κάθε στάδιο η ετικέτα "πληροφορεί" τους υπολογιστές για το επόμενο στάδιο συναρμολόγησης. 2.10. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα για τις επιχειρήσεις; Μερικά από τα οφέλη που μπορούν να αποκομίσουν οι επιχειρήσεις με τη χρήση της τεχνολογίας RFID είναι: Μείωση κόστους Αύξηση παραγωγικότητας Μείωση σε λάθη, κλοπές και πλαστογραφίες Ενημέρωση του προσωπικού σε πραγματικό χρόνο Αύξηση αποδοτικότητας και ποιότητας υπηρεσιών Ακρίβεια και αποδοτικότητα στις παραλαβές Διαφάνεια στη διαχείριση Μείωση αποθεμάτων Αποδοτικότητα και ακρίβεια στην αποστολή

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 16 Βοήθεια στην ανάκληση προϊόντων Μείωση προϊόντων που δεν διακινούνται Μείωση των περιπτώσεων έλλειψης αποθέματος (out-of-stock) 2.11. Τι ισχύει με τα πρότυπα; H διαδικασία προτυποποίησης της τεχνολογίας RFID βρίσκεται σε εξέλιξη. Ήδη υπάρχουν διεθνή πρότυπα για μερικές εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως η ανίχνευση ζώων και οι «έξυπνες κάρτες» που απαιτούν κρυπτογράφηση για την ασφάλεια των δεδομένων. Επίσης, σε εξέλιξη βρίσκονται πολλές πρωτοβουλίες για τη δημιουργία προτύπων. Ο πιο γνωστός διεθνής οργανισμός προτυποποίησης (ISO) δουλεύει πάνω σε πρότυπα για την παρακολούθηση προϊόντων καθ' όλη τη διαδικασία της εφοδιαστικής αλυσίδας χρησιμοποιώντας ετικέτες υψηλής (ISO 18000-3) και υπερυψηλής συχνότητας (ISO 18000-6). Η EPCglobal, μια μη κερδοσκοπική κοινοπραξία που ιδρύθηκε από το Uniform Code Council με στόχο την εμπορευματοποίηση των τεχνολογιών των ηλεκτρονικών προϊοντικών κωδικών (Electronic Product Code - EPC), διαθέτει τη δική του διαδικασία προτυποποίησης που χρησιμοποιήθηκε και στα πρότυπα των barcodes. Σκοπός της EPCglobal είναι να υποβάλλει τα πρωτόκολλα EPC στον ISO, έτσι ώστε να αποτελέσουν διεθνή πρότυπα. Να σημειώσουμε εδώ ότι η EPCglobal "παρέλαβε" την τεχνολογία του EPC από το Auto-ID Center, ένα κέντρο του MIT (Massachusetts Institute of Technology, Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης), που άρχισε από το 1999 να χρηματοδοτείται από το Uniform Code Council, την ΕΑΝ International και κάποιες εταιρίες όπως η Gillette και η Procter & Gamble, με στόχο την ανάπτυξη ετικετών EPC μαζικής παραγωγής και χαμηλού κόστους. 2.12. Ποιο είναι το κόστος του απαιτούμενου εξοπλισμού; Το μεγαλύτερο πρόβλημα, μαζί με την έλλειψη κοινών προτύπων, για την επιτάχυνση της υιοθέτησης της τεχνολογίας RFID είναι το κόστος του εξοπλισμού. Όσον αφορά τις ετικέτες, οι περισσότερες εταιρίες που πωλούν RFID tags δεν αναφέρουν τιμές, αφού αυτές εξαρτώνται από τον όγκο των πωλήσεων, την ποσότητα μνήμης της ετικέτας και τη συσκευασία της (αν δηλαδή είναι κλεισμένη σε πλαστικό, ενσωματωμένη, κ.λπ.). Σε γενικές γραμμές, στις ΗΠΑ μια ετικέτα 96-bit EPC κοστίζει από $ 0,20 έως 0,40. Οι πομποί χαμηλής συχνότητας σε γυάλινες κάψουλες και σε πλαστική κάρτα κοστίζουν περίπου από 0,5 και άνω, ενώ οι υψηλής συχνότητας κυμαίνονται από 0,5 έως 1. Πάντως, ο στόχος της EPCglobal για μαζική παραγωγή ετικετών κόστους 0,05 δεν φαντάζει εφικτός για το άμεσο μέλλον. Οι περισσότεροι αναγνώστες UHF κοστίζουν από 50 έως 400, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους (οι τιμές τους πάντως αναμένεται να μειωθούν με την αύξηση της μαζικής ζήτησης από τις εταιρίες). Οι επιχειρήσεις θα πρέπει επίσης να 5 5 Οι τιμές σε αυτό το κείμενο είναι σε δολάρια.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 17 αγοράσουν κάθε κεραία ξεχωριστά μαζί με τα καλώδια. Πιο προσιτοί είναι οι αναγνώστες χαμηλής και υψηλής συχνότητας. 2.13. Υπάρχουν προβλήματα ασφαλείας με τη χρήση του RFID; Οι ετικέτες RFID που οι εταιρίες χρησιμοποιούν ή σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν στην εφοδιαστική αλυσίδα στο εγγύς μέλλον και στη συσκευασία των προϊόντων σε μακροπρόθεσμο στάδιο, θα περιλαμβάνουν μόνο έναν Ηλεκτρονικό Κωδικό Προϊόντος (EPC). O κωδικός αυτός θα συνδέεται με δεδομένα που βρίσκονται σε online βάσεις δεδομένων. Μερικές πληροφορίες σχετικές με το προϊόν μπορεί να είναι προσβάσιμες από τον καθένα (π.χ. η ταυτότητα του προϊόντος), αλλά κάποιες άλλες (όπως ο τόπος και ο χρόνος κατασκευής) θα είναι προσβάσιμες μόνο από αυτούς στους οποίους ο κατασκευαστής θέλει να διαθέσει την πληροφορία. Έτσι π.χ. μια αλυσίδα τροφίμων δεν θα μπορεί να έχει πρόσβαση σε πληροφορίες προϊόντων που πωλεί μια ανταγωνιστική της εταιρία. Επίσης, ένα άλλο θέμα που ενδέχεται να προκύψει αφορά τη δυνατότητα που μπορεί να αποκτήσουν οι Αρχές (π.χ. κυβερνήσεις, αρχές ασφάλειας) να παρακολουθούν τους καταναλωτές εκείνους που έχουν αγοράσει και φορούν ή μεταφέρουν προϊόντα με ετικέτες RFID, όπως πορτοφόλι, ρούχα, κ.λπ. Βεβαίως, σε αυτή την περίπτωση ο καταναλωτής μπορεί εύκολα να προστατευθεί αφαιρώντας την ετικέτα από το αντικείμενο. [Από παρ. 2.1 έως 2.13 Βιβλιογραφία Π6, Π7, Π8 ] 2.14. Το RFID στο υπό ανάπτυξη σύστημα Επιτήρησης Στο υπό ανάπτυξη σύστημα επιλέχθηκαν οι παρακάτω προδιαγραφές: Χαμηλή συχνότητα επικοινωνίας, 125kHz Παθητική κάρτα RFID, και Ένα αναγνώστη που μπορεί να διαβάσει μία ετικέτα κάθε φορά. Αυτές οι επιλογές έχουν να κάνουν με αρκετά θέματα: Η κάρτα RFID προορίζεται να είναι κοντά σε άνθρωπο, επομένως προτιμήθηκε η χαμηλή συχνότητα γιατί είναι ακίνδυνη. Η κάρτα είναι παθητική για να είναι λεπτή και να μη χρειάζεται χωριστή πηγή ενέργειας. Ο αναγνώστης δεν χρειάζεται να διαβάζει περισσότερες από μία κάρτα τη φορά, επομένως δεν χρειάστηκε να καταφύγουμε σε ακριβότερες και πιο ογκώδεις λύσεις.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 18 Τα βασικά κομμάτια που αποτελούν ένα σύστημα RFID όπως παρουσιάστηκαν στην ενότητα 2.2 είναι: ετικέτα RFID, αναγνώστης RFID, μονάδα ελέγχου, συσκευές επικοινωνίας με τον χρήστη, λογισμικό. Στην περίπτωση του δικού μας «Έξυπνου πορτοφολιού» βρίσκονται στην 1η συσκευή («συσκευή επιτήρησης») τα: αναγνώστης RFID, μονάδα ελέγχου, συσκευές επικοινωνίας με τον χρήστη, λογισμικό και στην 2η συσκευή («έξυπνη κάρτα») τα: κάρτα RFID. Αναγνώστης καρτών RFID Μονάδα ελέγχου Συσκευές επικοινωνίας με το χρήστη Λογισμικό Κάρτα RFID _, 2. Κάρτα RFID 1 Συσκευή επιτήρησης μέσα στο πορτοφόλι Εικόνα 2.7 Τα μέρη της συσκευής 2.15. Ανασκόπηση 2ου Κεφαλαίου Στο κεφάλαιο 2 έγινε μια πρώτη γνωριμία και αναλυτική περιγραφή σε ότι αφορά γενικά την τεχνολογία RFID, ποια είδη υπάρχουν και κυκλοφορούν στην αγορά, τι σκοπό εξυπηρετεί καλύτερα το κάθε είδος, που χρησιμοποιούνται ήδη, αλλά και που αλλού θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, το πιθανόν κόστος αυτών των συστημάτων, τα πλεονεκτήματά τους, τα πρότυπά τους, καθώς και πιθανά προβλήματα ασφαλείας και τρόποι αντιμετώπισής τους. Τέλος αναφέρθηκαν οι λόγοι επιλογής των προδιαγραφών του υπό ανάπτυξη συστήματος.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. Τα βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα του υλικού της εφαρμογής και οι λόγοι για τους οποίους επιλέχθηκαν 3.1. Αναγνώστης (reader6) καρτών RFID AR-721U της Soyal Στο εμπόριο κυκλοφορούν μερικοί μόνο αναγνώστες καρτών RFID. Η κυριότερη χρήση τους είναι για έλεγχο πρόσβασης σε συγκεκριμένους χώρους, για άνοιγμα θυρών, κ.λ.π. Επιλέχθηκε ο αναγνώστης RFID AR-721U της Soyal για λόγους μεγέθους, χαμηλής κατανάλωσης και τιμής. Εικόνα 3.1 Ο καρταναγνώστης που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή Όπως όμως φάνηκε στη συνέχεια, η σχετικά αυτόνομη λειτουργία για την οποία προορίζεται αυτός ο reader, δημιουργεί προβλήματα όταν κανείς θελήσει να τον ενεργοποιεί σε συγκεκριμένη χρονική στιγμή για να διαβάσει κάρτες RFID. Ο reader αυτός ελέγχεται από έναν ενσωματωμένο μικροελεγκτή PIC και χρησιμοποιεί εξαρτήματα επιφανειακής στήριξης (smd). Διαθέτει ένα δίχρωμο LED πράσινο-κόκκινο και ένα βομβητή (beeper) επάνω στην πλακέτα του. Το δίχρωμο LED είναι εντελώς ανεξάρτητο από τον reader (απλά βρίσκεται επάνω στην ίδια πλακέτα με αυτόν, αλλά ελέγχεται μέσω καλωδίων που βγαίνουν προς τα έξω μαζί με τα υπόλοιπα) ενώ ο beeper δεν λειτουργεί ανεξάρτητα: όταν λειτουργεί αυτός, δεν μπορεί να γίνει ταυτόχρονα ανάγνωση κάρτας RFID. Αυτές οι πληροφορίες δεν υπήρχαν στο - φτωχικό - φύλλο χαρακτηριστικών που συνόδευε τον αναγνώστη και χρειάστηκε πειραματισμός για να ανακαλυφθούν. Και έτσι, όμως, υπήρχε άλλος ένας περιορισμός στον έλεγχο του reader που χρειάστηκε να ληφθεί πολύ σοβαρά υπόψη στη σχεδίαση του λογισμικού για το 6 Στο υπόλοιπο κείμενο χρησιμοποιούνται οι λέξεις: «αναγνώστης» και reader ως συνώνυμα

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 20 «Έξυπνο πορτοφόλι», αλλά και να γίνουν επεμβάσεις στο hardware του ίδιου του αναγνώστη. 3.1.1. Γενικά χαρακτηριστικά του αναγνώστη καρτών: Τα χαρακτηριστικά του reader παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα χαρακτηριστικών που παρέχει η εταιρεία. Πίνακας 1 ΠΙΝΑΚΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ READER ΤΗΣ SOYAL ΠΙΝΑΚΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ READER ΤΗΣ SOYAL AR-721U / AR-721K / AR-661U Συσκευή A R -72 1U A R -7 2 1 K A R -66 1U Σ υχνότητα RF 125K H z 125K H z /1 3.5 6 M H z m ifare 125K H z Τ άση λειτουργία ς 9-16V D C 12~18V D C 125K H z 13.56M H z 3 50m A Κ α τανάλω σ η 50m A 80m A 0.7 2 W Τ ρ όπ ο ς επ ικοινω νία ς W G 26 / 34, A B A -II, A S Y N C, O M R O N Ρ υθμός Baud 9600 bps (N, 8, 1) Σ υνθήκες λειτου ρ γία ς Ε μ β έλεια α νά γνω σ η ς -20 C ω ς +75 C 3-8cm 10-18cm (125K ) / 3-8cm (13.56M ) 33-60cm Έ νδειξη Έ να δίχρω μ ο LED Έ να δ ίχρω μο LED Τ ρ ία LED και ένα ς β ομβητής και ένα ς β ομβητής και ένα ς β ομβητής Π ληκτρολόγιο _ Ναι _ Α δ ιά β ρ οχο ς Π ροαιρετικό _ Ναι Χ ρ ώ μ α Σ κούρο Γκρι Π ερλέ / Α σ η μ ί Σ κούρο Γκρι Π ερλέ Δ ια σ τά σ εις (m m ) 8 1(Υ )*43(Π )*1 8(Β ) 1 1 1(Υ )*77(Π )*26(Β ) 2 28 (Υ )*2 28 (Π )*3 8(Β ) Β ά ρος (g) 40±5 90±10 1,000±50 Υ λικό Κ ελύφ ους A B S [Βιβλιογραφία Π1 ] Οι πληροφορίες που περιέχει αυτός είναι σχετικά λίγες διότι ο κατασκευαστής του τον προορίζει να συνδεθεί σε δικές του κεντρικές μονάδες ελέγχου πρόσβασης, επομένως είναι σχεδιασμένος για αυτή τη συγκεκριμένη χρήση. Η δική μας εφαρμογή κάνει μια διαφορετική προσέγγιση στη χρήση του reader αυτού και οι είσοδοι ελέγχου του αποδείχθηκαν ανεπαρκείς. Παρ όλα αυτά, με πειραματισμό καταφέραμε να εντοπίσουμε μία είσοδο επάνω στην πλακέτα του reader που ενεργοποιεί και απενεργοποιεί το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο με το οποίο αυτός παρέχει

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 21 ενέργεια στις κάρτες RFID που τον πλησιάζουν. Περισσότερη συζήτηση για το θέμα αυτό γίνεται στο κεφάλαιο της υλοποίησης. 3.1.2. Μορφή δεδομένων εξόδου του αναγνώστη. Ο αναγνώστης αυτός βγάζει στην έξοδό του σειριακά δεδομένα, αλλά υπάρχει η δυνατότητα επιλογής της μορφής τους (format). Παρακάτω παρατίθεται ο πίνακας επιλογής του format δεδομένων εξόδου. Η επιλογή γίνεται με δύο βραχυκυκλωτήρες πάνω στην πλακέτα του reader. Οι πληροφορίες προέρχονται από το φύλλο δεδομένων που συνόδευε την συσκευή AR-721U: Optional In Output Format: Πίνακας 2 Δυνατές επιλογές πρωτοκόλλου εξόδου του Card Reader 34/26 Open Close Open Close ABA Open Open Close Close Output WG26 WG34 RS-232 ABAII Ο ανωτέρω πίνακας αναφέρεται στους δύο βραχυκυκλωτήρες που υπάρχουν πάνω στο τυπωμένο κύκλωμα του reader και χρησιμοποιούνται για επιλογή του Format εξόδου. Επιλέχθηκε η λειτουργία RS-232, τοποθετώντας τους βραχυκυκλωτήρες σε κατάλληλες θέσεις, σύμφωνα με τον πίνακα. Σημειώνεται εδώ ότι η λειτουργία RS- 232 δεν είναι «αυθεντική» αφού χρησιμοποιούνται τάσεις από 0 ως 5V. Επομένως έχουμε μια RS-232 σε στάθμες TTL. Για την λειτουργία RS-232, το φύλλο δεδομένων κάνει και πάλι μια φειδωλή περιγραφή: SERIAL RS-232 FORMAT: 9600, N, 8, 1. (HEX Code) [Βιβλιογραφία Π1 ] 3.1.3. Περιγραφή των πληροφοριών που βγάζει στην έξοδο ο αναγνώστης. Πάλι από το φύλλο δεδομένων, παρακάτω περιγράφονται τα Byte εξόδου και τι αντιπροσωπεύει το καθένα. Το 1ο Byte: έχει πάντα την τιμή $7E. Το 2ο (LEN): αναφέρει πόσα Byte θα έλθουν ακόμη. Το 3ο (DID): χρησιμοποιείται όταν υπάρχει δίκτυο πολλών reader και πολλών κεντρικών μονάδων για κατάλληλες οδεύσεις. Το 4ο Byte (CTL): δεν περιγράφεται αλλά μάλλον χρησιμοποιείται για συνδέσεις με κεντρικές μονάδες σε συστήματα ασφαλείας. Το 5ο έως το 9ο Byte αν είναι κάρτα των 40-bit, ή από το 5ο έως το 8ο Byte αν είναι κάρτα των 32-bit, περιέχουν τον κωδικό της κάρτας, που είναι μοναδικός και χαρακτηριστικός της κάρτας.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 22 Τέλος τα δύο τελευταία Byte περιέχουν, το προτελευταίο το αποτέλεσμα της λογικής πράξης XOR μεταξύ των τιμών $FF και από το 3ο Byte ως το LEN-2 Byte, το τελευταίο Byte περιέχει το άθροισμα από το 3ο Byte ως το LEN-2 Byte και την τιμή XOR μαζί, κρατώντας τα δύο λιγότερο σημαντικά Byte (LSB). Στο φυλλάδιο δεδομένων όλα αυτά περιγράφονται ως εξής: SOYAL FORMAT : 7E LEN DID CTL...DAT1 DAT2... DATn XOR SUM : LEN = TOTAL BYTES FROM DID TO SUM : DID = Destination Node Address : XOR = FF ADID ACTL ASID ADAT1 ADAT2 a. ADATn : SUM = 00 +DID +CTL +SID +DAT1 +... + DATn +XOR Send : 7E 09 00 71 SH SL CH CL CID XOR SUM ;Pack 32 Bits of Card Data in SH + SL + CH + CL ;Pack 40 Bits of Card Data in CID + SH + SL + CH + CL ;SH is Bit 3 1.2 4, SL is Bit 2 3.1 6, CH is Bit 15.08, CL is Bit 0 7.0 0 WD0:TTL INVERTED SERIAL OUTPUT WD1:TTL SERIAL OUTPUT [Βιβλιογραφία Π1 ] 3.1.4. Μορφή δεδομένων εξόδου του Card-Reader 3.1.4.1. Μορφοποίηση Wiegand Η διεπαφή wiegand είναι μια προδιαγραφή της βιομηχανίας για να συνδέονται αναγνώστες (έξυπνων καρτών, καρτών προσέγγισης) σε μονάδες ελέγχου. Επομένως, η μορφοποίηση wiegand χρησιμοποιείται κυρίως για να κωδικοποιούνται δεδομένα καρτών ασφάλειας. Υπάρχει πολύ παρεξήγηση σχετικά με τη μορφοποίηση wiegand. Όταν χρησιμοποιείται αυτός ο όρος, βασικά σημαίνει 26-μπιτη μορφοποίηση δεδομένων με μια συγκεκριμένη διάταξη των δυαδικών δεδομένων. Σχεδόν όλα τα συστήματα ελέγχου πρόσβασης αποδέχονται το στάνταρντ 26 bit. Αυτή η μορφοποίηση ξεκίνησε με την τεχνολογία των καρτών σάρωσης. Υπάρχουν και άλλες μορφοποιήσεις όπως η 34-μπιτη και η 37-μπιτη μορφοποίηση που χρησιμοποιούν το ίδιο στάνταρντ σηματοδότησης με την wiegand αλλά έχουν διαφορετικό στάνταρντ μορφοποίησης των δεδομένων.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 23 Εικόνα 3.2 Standard 26-bit Wiegand Format 3.I.4.2. Πρότυπο μορφοποίησης δεδομένων wiegand. Από το παραπάνω διάγραμμα μπορούμε να δούμε ότι η μορφοποίηση wiegand αποτελείται από ένα bit parity, 8 bit κώδικα βοηθητικού, 16 bit ταυτότητας χρήστη και άλλο ένα bit parity. Ένα bit parity χρησιμοποιείται ως ένας πολύ απλός έλεγχος ποιότητας για την ακρίβεια των απεσταλμένων δυαδικών δεδομένων. Αν τα 12 bit δεδομένων δίνουν αποτέλεσμα ένα περιττό αριθμό, το bit parity γίνεται «ένα» για να κάνει το σύνολο των 13 να βγει άρτιο. Το τελευταία παρομοίως κανονίζεται να δίνουν σύνολο περιττό. 3.1.4.3. Πρότυπο σηματοδότησης Wiegand Για επικοινωνία με τον μικροελεγκτή, η διεπαφή wiegand χρησιμοποιεί δύο καλώδια για να μεταφέρει τα δεδομένα της κάρτας στον μικροελεγκτή. Αυτά τα καλώδια καλούνται DAT0 και DAT1. Κανονικά, και οι δύο αυτές γραμμές είναι ψηλά, δηλαδή όταν δεν στέλνονται δεδομένα. Ένα "0" στέλνεται κάνοντας τη γραμμή DAT1 ΧΑΜΗΛΗ και κρατώντας τη γραμμή DAT0 ΨΗΛΑ. Αυτό το σήμα είναι σε στάθμη TTL78 και δεν είναι ανοικτού συλλέκτη, οπότε μπορεί να συνδεθεί απευθείας στον μικροελεγκτή. Ένα τυπικό πλάτος παλμού είναι 50μ8 με ενδιάμεσο κενό 1ms αλλά οι ακριβείς τιμές και το κύκλωμα εξόδου καθορίζονται από τον κατασκευαστή του αναγνώστη καρτών. [Βιβλιογραφία Π10 ] 3.1.4.4. Μορφοποίηση σειριακή RS-232: 9600, N, 8, 1 Μια άλλη μορφοποίηση επικοινωνίας που υποστηρίζει ο Card-Reader, είναι το δημοφιλές πρότυπο RS-232. Αυτή είναι και η μορφοποίηση που επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε εμείς στην ανάπτυξη του συστήματος. 7 ΧΑΜΗΛΗ σ τά θμ η ^^ ΥΨΗΛΗ στάθμη=+5v 8 Στάθμες TTL: 0V και 5V

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 24 Ο reader επικοινωνεί με τον μικροελεγκτή με ασύγχρονη σειριακή επικοινωνία. Το πρωτόκολλο ασύγχρονης σειριακής επικοινωνίας που χρησιμοποιείται στην κατασκευή είναι βασικά το ασύγχρονο 9600 8Ν1 σε στάθμες TTL. Τα σειριακά δεδομένα ακολουθούν το πρότυπο 8Ν1 οπότε αποτελούνται από: 1. Ένα bit έναρξης (start bit), το οποίο είναι λογικό 0, δηλαδή 5V. 2. Οκτώ bit δεδομένων (data bits). 3. Κανένα bit parity (parity bit). 4. Ένα bit λήξης (stop bit), το οποίο είναι λογικό 1, δηλαδή 0V. Η στάθμη TTL χρησιμοποιεί τα +5V σαν λογικό «1» και τα 0V σαν λογικό «0». Χρησιμοποιείται η έξοδος DAT0 του reader, που έχει αντεστραμμένη λογική9. Στην περίπτωση αυτή, τα σήματα θυμίζουν την κωδικοποίηση της RS-232 αλλά «αντεστραμμένα», δηλαδή το λογικό «1»,αντιστοιχεί σε τάση 0V και αντίστοιχα το λογικό «0» αντιστοιχεί σε +5V. Επίσης η κατάσταση ηρεμίας της γραμμής μεταφοράς δεδομένων, που είναι λογικό «1» για τη σειριακή επικοινωνία ισορροπεί στα 0V. Στην περίπτωσή μας, η επικοινωνία γίνεται με ταχύτητα 9600 bit ανά δευτερόλεπτο, επομένως η διάρκεια ενός bit είναι περίπου 0,0001 δευτερόλεπτα = 100 μs. Παρακάτω φαίνεται η μορφή που έχουν τα σειριακά δεδομένα ενός byte που στέλνεται με το πρότυπο 8Ν1: Bit δεδομένων 5V - 0V _ Bit / έναρξης Λ \ Bit λήξης 100ps Εικόνα 3.3 Παλμοσειρά αποστολής 8 bit δεδομένων με το μορφοποίηση RS-232 σε αντεστραμμένη στάθμη TTL. Αυτή χρησιμοποιήθηκε τελικά στη σχεδίαση. [Βιβλιογραφία Π11, Π12, Π13 ] 9 Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε εξίσου εύκολα και την DAT1. Επιλέξαμε σχεδόν τυχαία, απλά διότι σε κατάσταση ηρεμίας η γραμμή αυτή ήταν σε ΧΑΜΗΛΗ στάθμη, και το θεωρήσαμε πιο φυσικό τρόπο λειτουργίας.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 25 3.2. Μικροελεγκτής AT Tiny26L της Atmel Εικόνα 3.4 Ο Μικροελεγκτής 3.2.1. Χαρακτηριστικά: Αρχιτεκτονική RISC 8bit υψηλής απόδοσης και χαμηλής κατανάλωσης Αρχιτεκτονική RISC - 118 δυνατές εντολές - 32 x 8 καταχωρητές γενικής χρήσης - Πλήρως στατική λειτουργία - Μέχρι 16 MIPS ταχύτητα στα 16MHz Μνήμη δεδομένων και μη πτητική - Προγραμματιζόμενη κλειδαριά για το πρόγραμμα στην flash και την ασφάλεια δεδομένων της EEPROM - 2Κ Byte ενσωματωμένης προγραμματιζόμενης μνήμης προγράμματος - 128 Byte ενσωματωμένης προγραμματιζόμενης μνήμης δεδομένων EEPROM - 128 Byte εσωτερικής SRAM Χαρακτηριστικά περιφερειακών μονάδων - 8 bit Χρονομετρητής / Μετρητής με ξεχωριστό prescaler - 8 bit Χρονομετρητής υψηλής ταχύτητας με χωριστούς καταχωρητές σύγκρισης εξόδων - Προγραμματιζόμενος χρονομετρητής επιτήρησης με χωριστό ενσωματωμένο ταλαντωτή - Εξωτερική διακοπή - Διακοπές με αλλαγή pin σε 11 pin - Ενσωματωμένος αναλογικός συγκριτής Ειδικά χαρακτηριστικά μικροελεγκτή - Εξωτερικές και εσωτερικές πηγές διακοπών - Καταστάσεις: Αδράνειας χαμηλής κατανάλωσης, Μείωσης θορύβου και Σβησίματος - Προγραμματισμός Επί-Του-Συστήματος μέσω της πόρτας SPI - Μηδενισμός στην εκκίνηση και προγραματιζόμενη λειτουργία Brown-out - Εσωτερικός ρυθμισμένος ταλαντωτής RC Ι/Ο και κέλυφος - Κέλυφος PDIP/SOIC, 16 προγραμματιζόμενες γραμμές Ι/Ο Κατανάλωση ισχύος στο 1MHz, 3 V 25 C - Ενεργό: 2,2mA - Κατάσταση αδράνειας: 0,5mA - Κατάσταση σβηστό: <1μΑ

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 26 Ταχύτητες - 0-16MHz Κατανάλωση ισχύος στο 1MHz, 3 V, 25 C - Ενεργό 16 MHz, 5V, 25 C: Τυπικά 15mA - Κατάσταση αδράνειας: 1 MHz, 3 V, 25 C: Τυπικά 0,18mA - Ενεργό 1 MHz, 3 V, 25 C: Τυπικά 0,70mA - Κατάσταση σβηστό: <1μΑ [Βιβλιογραφία Π2, Π9 ] 3.2.2. Κριτήρια Επιλογής Εξαρτήματος: O μικροελεγκτής Tiny26L της Atmel επιλέχθηκε για τους παρακάτω λόγους: 1. Είναι μικρός σε μέγεθος, οπότε διατηρεί το μέγεθος της πλακέτας μικρό (διατίθεται και σε μορφή smd αλλά επειδή έπρεπε να μπορεί να αφαιρείται από την πλακέτα για να προγραμματίζεται και να ξαναμπαίνει αποφεύχθηκε η smd μορφή). 2. Είναι πολύ φθηνός, χρησιμοποιείται ευρέως και είναι άμεσα διαθέσιμος. 3. Διαθέτει μέσα στο κέλυφός του ενσωματωμένες RAM & EEPROM, για προσωρινή και ημιμόνιμη αποθήκευση δεδομένων και Flash EEPROM για την αποθήκευση του προγράμματος. 4. Διαθέτει πόρτες εισόδου και εξόδου με επιλεγόμενη από το πρόγραμμα (το κάθε bit της πόρτας) λειτουργία είτε εισόδου, είτε εξόδου. 5. Διαθέτει εσωτερικές αντιστάσεις pull-up, οπότε εξοικονομείται χώρος επάνω στην πλακέτα της κατασκευής αφού χρειάζονται λιγότερα εξωτερικά εξαρτήματα. 6. Έχει απλό χρονισμό με εσωτερικό ταλαντωτή και ρυθμιζόμενη συχνότητα. 7. Έχει περιεκτικό και πλούσιο σύνολο εντολών. 8. Οι περισσότερες από τις εντολές του εκτελούνται σε ένα κύκλο του ρολογιού του, οπότε: α. είναι γρήγορος σε χαμηλή συχνότητα του ρολογιού του, και β. όπως είναι γνωστό, χαμηλή συχνότητα ρολογιού σημαίνει και χαμηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ισχύος, γ. υπολογίζεται εύκολα ο χρόνος που διαρκεί κάθε κομμάτι του προγράμματος 9. Έχει γενικά χαμηλή κατανάλωση, οπότε είναι κατάλληλος για τροφοδοσία από μπαταρία, όπως στη συγκεκριμένη περίπτωση.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 27 3.3. Σταθεροποιητής τάσης LP2951CN της National Semiconductor Εικόνα 3.5 LP2951CN [Βιβλιογραφία Π4 ] Σε τι χρειάζεται ο συγκεκριμένος σταθεροποιητής τάσης σε αυτή τη σχεδίαση; 1. Η τροφοδοσία της κατασκευής γίνεται από μπαταρία 9V ενώ ο μικροελεγκτής και ο RFID reader απαιτούν 5V σταθεροποιημένα. Άρα χρειάζεται κάποιος σταθεροποιητής τάσης. 2. Από την αρχική σκέψη της σχεδίασης του συστήματος, έπρεπε να διακόπτεται με κάποιο τρόπο την τροφοδοσία του reader όταν αυτός δεν χρειάζεται, για να εξοικονομείται ενέργεια. Για το σκοπό αυτό, αρχικά επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί ένα οπτο-fet τρανζίστορ ως ηλεκτρονικό διακόπτη, ελεγχόμενο από τον μικροελεγκτή. Δυστυχώς το εξάρτημα εκείνο δεν κυκλοφορεί στην ελληνική αγορά. Άρα χρειαζόταν κάποιο άλλο που να μπορεί να λειτουργεί ως ηλεκτρονικός διακόπτης με αρκετά μεγάλη παροχή ρεύματος. Κατόπιν έρευνας επιλέχθηκε ο σταθεροποιητής τάσης LP2951CN, ο οποίος όχι μόνο σταθεροποιεί την τάση αλλά και μπορεί, από ένα pin ελέγχου που διαθέτει, να ενεργοποιείται / απενεργοποιείται η έξοδός του επιλεκτικά. Ακριβώς αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται για να θέτουμε τον reader εντός / εκτός λειτουργίας κατά βούληση. Οι απαιτήσεις του κυκλώματός μας σε ρεύμα δεν είναι μεγάλες (3 ma όταν δεν εκπέμπει ο reader, ως 50mA σε πλήρη λειτουργία) και ο σταθεροποιητής τάσης μπορεί να παρέχει μέχρι 100mA. Επίσης ο σταθεροποιητής μπορεί να δουλεύει ακόμη και με τάση εισόδου ελάχιστα μεγαλύτερη από την τάση εξόδου (τάση εισόδου μόλις (!) 0,38V υψηλότερη της τάσης εξόδου). Αυτό σημαίνει ότι η μπαταρία έχει περιθώρια να εκφορτιστεί αρκετά πριν διακοπεί, αναγκαστικά πλέον, η λειτουργία του κυκλώματος. Επομένως το κύκλωμα με αυτό τον τρόπο εκμεταλλεύεται στο έπακρο την ενέργεια της μπαταρίας. 3.4. Κάρτα RFID της Soyal Το σύστημα του έξυπνου πορτοφολιού χρησιμοποιεί βασικά 2 συσκευές για να μπορέσει να υλοποιήσει τη λειτουργία της επιτήρησης: 1) την συσκευή επιτήρησης (που είναι και το αντικείμενο της εργασίας μας) και

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 28 2) μία κάρτα RFID η οποία αποτελεί το δεύτερο από τα 2 μέλη του συστήματος. Αυτή η κάρτα τοποθετείται μέσα στο πορτοφόλι που επιτηρείται από το σύστημα και η παρουσία της γίνεται αισθητή από την συσκευή επιτήρησης. Η συσκευή επιτήρησης περιοδικά «διαβάζει» την κάρτα για να διαπιστώσει αν βρίσκεται κοντά. Σε περίπτωση που δεν βρεθεί η κάρτα, η συσκευή προειδοποιεί τον χρήστη, και σε δεύτερη φάση σημαίνει συναγερμό κλοπής. Με τον τρόπο αυτό, το πορτοφόλι μέσα στο οποίο τοποθετήθηκε η κάρτα είναι ασφαλές από κλοπές. 3.5. Υπόλοιπα υλικά Το ηλεκτρονικό κύκλωμα περιέχει και μερικά ακόμη παθητικά υλικά. Αυτά είναι: 2 ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, οι οποίοι απαιτούνται στην έξοδο του κάθε σταθεροποιητή για φιλτράρισμα και καλή σταθεροποίηση στην τάση εξόδου των 5V. Επίσης για την κατάπνιξη των παρασιτικών παλμών χρησιμοποιήθηκε ένας κεραμικός πυκνωτής 0,^ F στα άκρα τροφοδοσίας του μικροεπεξεργαστή. 1 τρανζίστορ BC546 τύπου NPN γενικής χρήσης, σε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού το οποίο όταν άγει ενεργοποιείται ο beeper. Επειδή απαιτούνταν 25mA για την διέγερση του και δεν μπορούσε να τα παρέχει η έξοδος του μικροεπεξεργαστή, επιλέχθηκε το τρανζίστορ. Η βάση του οδηγείται από την έξοδο του μικροεπεξεργαστή μέσω μιας αντίστασης 5Κ6 για να επιτευχθεί η τιμή ρεύματος κόρου 1 ma. 2 αντιστάσεις για Pull-Up στις εξόδους Data out και Card Present. Αν και ο μικροεπεξεργαστής έχει την δυνατότητα ορισμού των εξόδων του Pull-Up, εντούτοις τοποθετήθηκαν αυτές οι αντιστάσεις για να παρέχουν ρεύμα μόνο κατά την χρονική διάρκεια που τροφοδοτείται και ο reader, με αυτό τον τρόπο προστατεύονται οι έξοδοι του reader. 1 αντίσταση 100Κ που οδηγεί τον σταθεροποιητή LP2951CN για on-off του Card-Reader. 1 μπουτόν. 1 διακόπτης On-Off για την τροφοδοσία. 1 κλιπ για μπαταρία 9V. 3.6. Α νασκό πηση 3ου Κεφαλαίου Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται αναλυτικά τα ενεργά υλικά (reader, μικροεπεξεργαστής, σταθεροποιητής), που επιλέχθηκαν για την κατασκευή με περιγραφή των χαρακτηριστικών τους και για ποιους λόγους αυτά προτιμήθηκαν. Επίσης αναλύθηκαν και τα πρότυπα επικοινωνίας μεταξύ reader και μικροεπεξεργαστή.

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. Υλοποίηση Η κατασκευή «έξυπνο πορτοφόλι» κατατάσσεται στα Ενσωματωμένα Συστήματα (Embedded Systems). Γι αυτό για την καλύτερη ανάλυση θα πρέπει να αναπτυχθεί ξεχωριστά η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ του κυκλώματος καθώς και τα δύο μέρη που το απαρτίζουν: το HARDWARE και το SOFTWARE. 4.1. Βασικές αρχές λειτουργίας του κυκλώματος Κέντρο του κυκλώματος του έξυπνου πορτοφολιού είναι ο μικροελεγκτής AVR ATtiny26. Η συχνότητα λειτουργίας του AVR επιλέχθηκε να είναι 1 MHz. Επιλέχθηκε αυτή η τιμή γιατί αφ ενός μεν αυτή η συχνότητα χρονισμού είναι αρκετά υψηλή για τους διαφόρους ελέγχους και απαιτήσεις ταχύτητας του κυκλώματος, αφ ετέρου είναι από τις χαμηλότερες όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας του μικροελεγκτή. Το παρεχόμενο ρεύμα προς τον μικροελεγκτή είναι περίπου 3 ma. Αν λειτουργούσε σε υψηλότερη συχνότητα χρονισμού τότε το ρεύμα θα ανέβαινε δυσανάλογα. Οι χρόνοι λειτουργίας του reader και οι αντίστοιχες καταναλώσεις του κυκλώματος είναι: Reader On: 150ms~350ms Ρεύμα λειτουργίας 53mA. Reader Off: 2 s Ρεύμα λειτουργίας 3 ma. Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν λειτουργεί ο βομβητής του συναγερμού, ο οποίος χρειάζεται 25mA, για να μην υπερφορτώνεται το κύκλωμα του reader, σταματά να λειτουργεί η εκπομπή και η λήψη οπότε το ρεύμα παραμένει στα ίδια επίπεδα 50~55mA. 4.1.1. Περιγραφή επικοινωνίας Αναγνώστη - Κάρτας Εικόνα 4.1 Αναπαράσταση του τρόπου επικοινωνίας Reader - Κάρτας

«Το Έξυπνο Πορτοφόλι» 30 Μια από τις βασικές λειτουργίες του κυκλώματος είναι να διαβάζει μια σειρά από byte που στέλνει η κάρτα στον reader μέσω ηλεκτρομαγνητικής σύζευξης. Τα βήματα λειτουργίας για να διαβαστεί η κάρτα είναι χονδρικά τα εξής: 1. Ο μικροελεγκτής δίνει τάση στον reader, ο οποίος αρχίζει να λειτουργεί. 2. Ο reader παράγει εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο χαμηλής συχνότητας 125kHz στο πηνίο του (κεραία). 3. Η κάρτα δέχεται το μαγνητικό πεδίο μέσω του πηνίου της (κεραία) και φορτίζει τον πυκνωτή που υπάρχει στο εσωτερικό της και την τροφοδοτεί για να λειτουργήσει. 4. Η κάρτα εκπέμπει μια παλμοσειρά μέσω του πηνίου της (κεραία) με σειριακά δεδομένα με διαμόρφωση πλάτους. 5. Ο reader αρχίζει να λαμβάνει τα δεδομένα της κάρτας και «ρίχνει» την τάση στην έξοδο cardpresent για να ενημερώσει ότι θα αρχίσει να βγάζει στην έξοδό του την παλμοσειρά (δηλ. τα σειριακά δεδομένα, αλλά φυσικά αδιαμόρφωτα) που λαμβάνει από την κάρτα. 6. Μετά από μικρή καθυστέρηση από τη στιγμή που «έπεσε» η έξοδος cardpresent (100μs), στην έξοδο του reader αρχίζουν να βγαίνουν τα σειριακά δεδομένα που στέλνει η κάρτα. (Εικόνα 4.4 Παλμοσειρά στην έξοδο του reader με τα σειριακά δεδομένα που έστειλε η κάρτα. 7. Ο μικροελεγκτής δέχεται τα σειριακά δεδομένα και όταν τα διαβάσει όλα και αποφασίσει ότι τελείωσαν, τότε μόνο κόβει την τροφοδοσία του reader. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε την συχνότητα λειτουργίας που εφαρμόζεται στο πηνίο του reader. Η περίοδος είναι 8 μs δηλαδή 125 KHz. Εικόνα 4.2 Συχνότητα εκπομπής reader και κάρτας RFID