Электронный доступ своими руками

Умный замок дома: как сделать своими руками на базе набора Raspberry Pi

Главная страница » Умный замок дома: как сделать своими руками на базе набора Raspberry Pi

Системы электронного управления входными дверями и другими подобными сооружениями активно внедряются и применяются на практике. Яркий пример использования умных замков отмечается в банковском секторе, в коммерческой среде и других областях. Теперь всё чаще умный замок дома становится интересен гражданам, выступающим собственниками, как частных домов, так и городских квартир.

Система электронного доступа – умный замок дома

Учитывая активное развитие электронных технологий, сделать умный замок дома своими руками – работа вполне выполнимая. Рассмотрим один из возможных вариантов, где основой управления доступом является распространённый набор электроники – Raspberry Pi3 (Pi4 или аналогичный).

Рассматриваемая ниже система электронного доступа в дом, исполняемая своими руками, уникальна в своём роде. Схема предлагает пользователю трёхступенчатую аутентификацию через умный замок дома на входной двери.

Для управления доступом (открытия/закрытия входной двери) посредством предлагаемого проекта на Raspberry Pi3 потребуется функционал:

1. Считывание RFID брелоком.
2. Набор шестизначного кода.
3. Генерация одноразового кода доступа.

По сути, уже имеет место «трёхфакторная» аутентификация. Однако код программного обеспечения допустимо модифицировать, добавив к уже существующим функциям, например, сканер отпечатков пальцев или сканер сетчатки глаза.

Тогда, домашняя система приобретает степень доступа в прямом смысле — на уровне крутой банковской структуры. Проект явно заманчивый, в особенности для творческих личностей.

Список «физической» электроники, необходимой под реализацию проекта на умный замок дома, составляют следующие модули и комплектующие элементы:

• сборка Raspberry Pi3 (Pi4) с модулем Wi-Fi;
• корпус под Raspberry Pi для крепления к двери;
• плата расширения GPIO;
• ленточные проводники для подключения GPIO и дисплея;
• релейный коммутатор;
• электромеханическая (электромагнитная) дверная задвижка.

Также, скорее всего, понадобится блок питания компьютера вместе с кабелем питания (для Raspberry Pi3, электромагнита дверной задвижки), проводники для подключения реле. Естественно, установка дверного умного замка своими руками требует инструментария:

1. Отвёрток разной конфигурации.
2. Плоскогубцев и кусачек.
3. Электрический паяльник с аксессуарами пайки.
4. Измерительный электронный прибор (тестер).
5. Механический лобзик.
6. Электродрель, пистолет монтажный и прочее.

Если всё отмеченное выше имеется в наличии, – поставить умный замок дома на входной двери дома своими руками не составит особого труда.

Установка и настройка сенсорного ЖК-дисплея Raspberry Pi3

Начальный этап работ требует сосредоточить внимание на сенсорном ЖК-дисплее контроллера. В зависимости от используемой модели сборки Raspberry Pi3, потребуются драйвер инсталляции или образ операционной системы для записи на SD-карту. В последнем случае логично применить специальную программу, например, «Win32 Disk Imager» для записи образа.

Популярный контроллер Raspberry Pi3, дополненный дисплеем с функцией сенсорного контакта – идеальный вариант на умный замок дома на входной двери

Записанная карта «microSD» подключается к Raspberry Pi3 с последующей установкой ЖК-дисплея на порты GPIO. Затем, через кабель питания «microUSB» выполняется загрузка контроллера для проверки работы дисплея.

Как правило, стандартной ориентацией дисплея является альбомная ориентация. Однако для виртуальной клавиатуры умного домашнего замка требуется портретная ориентация экрана.

Чтобы достичь нужного результата, придётся изменить конфигурационный файл контроллера. Подключить контроллер к сети через Wi-Fi или Ethernet протокол, открыть доступ для редакции файла «config.txt», что находится внутри загрузочного каталога, используя команду:

$ sudo nano /boot/config.txt

Этим файлом определяется ориентация дисплея контроллера. Здесь нужно отыскать строку текста «dtoverlay = waveshare35a». К этой строке добавляется точка с запятой, после чего запись добавляют строчкой «rotate = 180». Завершить редакцию, сохранить изменения.

Для соответствия сенсорного экрана конфигурации дисплея потребуется также отредактировать файл конфигурации «99-calibration.conf»:

$ sudo nano /etc/X11/xorg.conf.d/99-calibration.conf

Добравшись до содержимого файла конфигурации, необходимо изменить параметр «SwapAxis» — изменить значение 1 на 0. После перезагрузки контроллера дисплей должен сменить ориентацию на портретное положение.

Установка базы данных MySQL и веб-сервера Apache

База данных содержит список контроля доступа для системы умный замок дома, а также журнал всех успешных и неудачных попыток доступа. Необходимо установить полный стёк LAMP, обеспечив тем самым работу сервиса «phpMyAdmin» для манипуляций с базой данных.

Порты контроллера, которые потребуются для работы системы умный замок дома: 1 – клавиатурный и для мыши (USB); 2 – микрофонный; 3 – динамик; 4 – подключение HDMI монитора; 5 – питание через USB; 6 – порт для карты «SD-micro»

Прежде всего, следует инсталлировать веб-сервер «Apache» командами:

$ sudo apt-get update

$ sudo apt-get install apache2

На следующем шаге выполняется установка PHP и MySQL:

$ sudo apt-get install php libapache2-mod-php php-mcrypt php-mysql

$ sudo apt-get install mysql-server

Далее останется перезапустить сервер, инсталлировать «phpMyAdmin»:

$ sudo service apache2 restart

$ sudo apt-get install phpmyadmin php-mbstring php-gettext

Теперь с помощью «phpMyAdmin» появилась возможность автоматически устанавливать и настраивать собственную базу данных умного замка через пароль «root», заданный при установке MySQL, и добавлять пользователей.

Установка скрипта «Python» настройка таблиц базы данных

На следующем этапе устройства умного замка дома нужно установить скрипт, написанный на языке «Python». Благодаря коду скрипта, система управления умным замком связывает все модули. Через скрипт осуществляется пользовательский ввод с брелка, сенсорного экрана, выполняется обращение к базе данных.

Тестирование устройства на работу с дисплеем и настройка конфигурации экрана под требуемый вариант положения картинки выполняется в открытом виде, когда устройство ещё не помещено в корпус на двери

Скриптом также используется американский сервис облачной коммуникационной платформы «Twilio» для отправки пользователю SMS сообщений. Однако можно использовать отечественные платформы, например, «SMSC» (Новосибирский SMS-Центр), но тогда придётся править скрипт.

Скрипт на языке «Python» и пустые таблицы базы данных доступны для загрузки на «GitHub». После импорта файла базы данных через «phpMyAdmin», в базе появляются три таблицы.

Три таблицы базы данных умного замка входной двери

Первая таблица именуется «access_list» и содержит информацию о каждом, кто имеет доступ к области, защищённой умным замком. Здесь добавляются:

• имена пользователей,
• номера RFID-кода брелоков,
• PIN-коды,
• номера мобильных телефонов для авторизации по SMS.

Допускается включение файла изображения, чтобы на экране приветствия отображалась лицевая часть человека (идентифицируемая личность). Поддерживаются графические файлы с расширением «GIF», которые сохраняются в том же каталоге, что и скрипт на языке «Python».

Вторая таблица именуется «access_log», куда записываются попытки (успешные и неудачные) доступа к системе. При этом записываются любые коды RFID, представленные сканеру, независимо от иных операций, ввода PIN-кода, отправки одноразового кода и т. д.

Эта регистрация информации видится полезной как для диагностики проблем с доступом законных пользователей, так и для сбора доказательств несанкционированного доступа.

Третья таблица содержит данные учётной записи сервиса «Twilio», которые используются для отправки текстового сообщения, позволяющего завершить часть процесса аутентификации до того, как умный замок разблокирован.

Загрузив скрипт «Python» в каталог «/ home» пользователя Raspberry Pi, следует убедиться в наличии всех зависимостей, необходимых скрипту. Потребуется обеспечить автозагрузку скрипта «Python» в момент загрузки контроллера Raspberry Pi3.

Автоматическая загрузка скрипта нужна при каждом запуске контроллера. Обеспечить автозагрузку поможет добавленная строка конфигурационного файла автозапуска:

sudo nano

/ .config / lxsession / LXDE-pi /autostart

и далее: @sudo python lock.py

После сохранения изменений можно выйти из системы.

Соединение платы расширения GPIO реле и RFID-ридера

После выполнения всех необходимых настроек на Raspberry Pi3, контроллер помещают в защитный корпус. Для обеспечения доступа к портам GPIO используется короткий 26-контактный ленточный кабель. Также контроллер необходимо дополнить платой расширения GPIO.

Плюс к этому на релейный коммуникатор потребуется подвод питающего напряжения – 5 вольт. Напряжение допускается взять непосредственно с порта GPIO или же можно применить индивидуальный источник питания.

Конфигурация портов GPIO контроллера, доступ на которые обеспечивается подключением платы расширения. Эти порты обеспечивают подключение необходимых устройств умного замка дома для аутентификации пользователя

Рекомендуется источник питания на два напряжения (5 / 12 вольт), от которого одновременное питание получит контроллер, электронный умный дверной замок, коммуникационное реле.

Здесь удачно подходит блок питания стандартного настольного компьютера, где есть все указанные напряжения, а также ряд других напряжений, что может потребоваться впоследствии.

Наконец, пришло время глобальной проверки умного замка. Нужно подключить всё оборудование, включая считыватель RFID. Включить систему, взять в руки RFID-брелок и поднести к области считывания.

Затем вводится PIN-код, например, «123456», после чего система генерирует случайный одноразовый код доступа с отправкой на телефон текстового сообщения. Нужно ввести полученный через SMS код в контроллер. На короткое время включается реле, управляющее щеколдой умного замка входной двери.

То есть когда механическая часть умного замка смонтирована, реле активирует умный замок после аутентификации – вход в дом открыт. Как правило, особых сложностей с коммутацией электромеханических щеколд умных замков не возникает. Достаточно подключить через реле питающие проводники.

Заключительный штрих

Представленная публикация не претендует на исключительно точную инструкцию – как установить в доме умный замок на входных дверях или на инструкцию организации управления доступом.

Это всего лишь показательный пример, каким образом можно установить и задействовать умный замок на входной двери жилища своими руками, используя доступные электронные модули.

То есть представленный материал – это база, на которую есть смысл опереться, изготавливая самостоятельно современную конструкцию двери.

При помощи информации: HackaDay

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Источник

Как собрать простую систему контроля доступа

Если вы столкнулись с необходимостью установить систему доступа в помещение и теряетесь в бесконечном списке комплектующих, читайте эту статью, и вы узнаете, как подобрать оборудование для простой системы контроля и управления доступом (СКУД). Речь в статье пойдет о распространенном запросе «хочу, чтобы дверь открывалась по карточке». Для чего это нужно, все понимают: удобно, надежно и относительно безопасно. Начнем с замка — одного из двух основных устройств системы контроля доступа, отвечающих за безопасность.

Какой замок выбрать?

Выбор замка зависит от конструкции двери и степени защищенности от проникновения, которую вы хотите обеспечить. Замки существуют 1) электромагнитные, 2) электромеханические и 3) электрозащелки, 4) соленоидные и 5) моторные — список отсортирован по степени взломостойкости. Примерно в той же последовательности растет сложность установки замка. Цены на первые четыре вида замков сильно варьируют, а вот моторные замки дешевыми быть не могут.

Электромагнитный замок

Электромагнитные замки используются практически везде: и в офисах, и в подъездах, и даже на воротах и калитках. Надежная конструкция, удобство в работе и простота установки — это безусловные плюсы. Основных минусов два: во-первых, замок выступает в проем двери и вообще находится снаружи, что может быть неприемлемо по эстетическим соображениям, во-вторых, электромагнитный замок потребляет значительный ток, поэтому чтобы обеспечивать работу системы при отключении питания, требуется аккумулятор значительной емкости. Если же идеальный внешний вид не требуется, и электромагнитный замок не используется как основное и единственное средство защиты, то это идеальный бюджетный выбор.

Электромеханический замок

Электромеханические замки имеют, наверно, наибольшее число вариаций конструкции. Электромеханические замки в большинстве нормально-закрытые, в отличие от электромагнитных. Наличие у некоторых моделей возможности открывать дверь ключом помогает решить проблему отключения электропитания. Накладные электромеханические замки устанавливаются на металлические двери. Врезные — устанавливаются на деревянные, металлические и металлопластиковые профильные двери. Особняком стоят замки Шериф-1 и Шериф-2 — они ближе к электромагнитным по способу установки и основным характеристикам.

Электрозащелка

Электрозащелки близки к электромеханическим замкам, но устанавливаются не на дверное полотно, как электромеханические, а на дверную коробку. С одной стороны, монтаж несколько сложнее, зато не нужно прокладывать по двери провода питания. Электрозащелка требует установки на дверном полотне подпружиненного ригеля, не приводимого ручкой. У обычных механических замков во всех режимах ручка управляет ригелем, поэтому для защелки потребуется также фалевый замок в качестве ответной части.

Соленоидный замок

Соленоидные замки чаще всего являются нормально-открытыми, как и электромагнитные, но потребляют меньший ток, что важно при использовании источника бесперебойного питания. Устанавливаются такие замки в дверное полотно, как врезные электромеханические. Выбор между электромеханическим и соленоидным замком в основном обусловливается требованием к поведению при пропадании электропитания: если дверь должна оставаться закрытой, то нужен электромеханический замок, если дверь должна отпираться (это важно в публичных помещениях для эвакуации, например), то — нормально-открытый соленоидный.

Моторный замок

Моторные замки повторяют конструкцию механических замков с тем отличием, что вместо поворота ключа для привода ригеля используется электромотор. При этом функционал обычного механического замка с ключом полностью сохраняется. Моторный замок может служить единственным средством для запирания двери. Ввиду высокой цены и медлительности работы такие замки не получили широкого распространения, но в определенных условиях моторный замок незаменим, например, когда требуется надежное, устойчивое ко взлому запирание дверей с возможностью централизованного управления доступом.

Ключи, карты, брелоки или браслеты?

После выбора замка нужно определиться, какие идентификаторы будут использоваться для прохода через дверь. Оставим без рассмотрения устаревшие и экзотические решения вроде карт с магнитной полосой, а также современные биометрические системы как тему для отдельной статьи и сосредоточимся на распространенных в настоящее время идентификаторах для систем контроля доступа.

Ключи TM

Популярный вид ключей — ключи Touch Memory, называемые также «таблетками» — часто используются в подъездных домофонах и в других местах, где нужно дешево и надежно, но нет особых требований к безопасности. Дело в том, что такие ключи легко копируются. Хотя в последнее время появляются устройства, препятствующие использованию клонированных ключей, отсутствие шифрования при передаче кода ключа в контроллер делает принципиально невозможной полную защиту от копирования.

Бесконтактные карты

Бесконтактные карты доступа, часто ошибочно называемые магнитными, используют радиоканал для передачи данных — кода доступа, поэтому могут работать на расстоянии от нескольких сантиметров от считывателя до метра и далее. Конструктивно карты доступа практически одинаковы и различаются по толщине корпуса. Есть карты тонкие и толстые (clamshell – в переводе с английского раковина устрицы). Тонкие карты более прочные, не ломаются при изгибании и хорошо защищены от воды. Корпус толстой карты clamshell содержит больше места под электронные компоненты, в частности, под антенну, поэтому дальность считывания таких карт несколько больше.

Карты EM-Marin

Несмотря на одинаковые стандартные размеры и внешний вид, бесконтактные карты используют несколько протоколов, не совместимых между собой. Карты самого доступного и распространенного протокола EM-Marin не используют шифрование, поэтому карты доступа EM-Marin легко копируются, более того, так как карты бесконтактные, то злоумышленники могут осуществить клонирование даже на расстоянии, незаметно для владельца карты.

Карты Mifare

Бесконтактными Mifare» target=»_blank» href=»https://www.telecamera.ru/catalog/Kontrol_dostupa/Klyuchi_ikartochki/Karty/Mifare/»>картами доступа Mifare на самом деле пользовался практически каждый — этот протокол используют проездные карты метрополитена и наземного транспорта. Системы контроля доступа, использующие карты Mifare, могут работать в двух режимах: Mifare с упрощенной настройкой защищенного режима» target=»_blank» href=»https://www.telecamera.ru/catalog/Kontrol_dostupa/Schityvateli/Beskontaktnye/MIFARE/?arFilter_FILTER_NAME=&arFilter_FILTER_DESCRIPTION=%E7%E0%F9%E8%F9%E5%ED%ED%EE%EC&arFilter_P9_MIN=&arFilter_P9_MAX=&arFilter_SALE_MIN=&arFilter_SALE_MAX=&set_filter=%CE%F2%F4%E8%EB%FC%F2%F0%F3%E9%F2%E5+%F0%E5%E7%F3%EB%FC%F2%E0%F2%FB»>защищенном и нет. В незащищенном режиме доступ осуществляется по коду карты, передающемуся в открытом виде. Определенной защитой от клонирования является только малая распространенность так называемых «болванок» — перезаписываемых карт и устройств копирования. В защищенном режиме код доступа записывается в закрытый паролем сектор памяти карты и передается только тому считывателю, который «знает» этот пароль. Именно в таком режиме работают проездные карточки в метро. В защищенных ячейках памяти карты могут храниться и другие данные, например, количество оставшихся поездок, баланс счета и так далее. Настройка работы системы контроля доступа с использованием защищенного режима Mifare несколько сложнее, зато обеспечивает практически полную гарантию от электронного взлома.

Брелоки и браслеты

Брелоки и браслеты фактически это те же бесконтактные карты доступа, только в другом корпусе. Внутри таких идентификаторов меньше места под антенну, поэтому дальность действия их меньше, что компенсируется удобством ношения. Браслеты часто используются в фитнес-центрах и аквапарках, также они находят применение в офисе. Брелоки удобно носить на связке ключей, поэтому они с успехом замещают ключи Touch Memory в домофонных системах. Для взыскательных пользователей существуют дизайнерские брелоки, выполненные из кожи и металла.

Какой выбрать считыватель?

Считыватель — это устройство, принимающее код от идентификатора — ключа или карты и передающее его в контроллер. Самый простой по конструкции считыватель ключей Touch Memory, ему даже не требуется питание. Протокол, по которому передается код от ключа TM в контроллер, называется 1-wire. Этот протокол используют и некоторые считыватели бесконтактных карт, но чаще считыватели карт передают данные по протоколу Wiegand-26. Существуют считыватели, работающие сразу с несколькими типами карт, а также считыватели, в которых можно выбирать протокол между 1-wire или Wiegand-26 — это облегчает подбор оборудования. По уровню защищенности наименее уязвимыми являются считыватели Touch Memory, затем идут антивандальные считыватели карт, врезные и накладные. Так или иначе, считыватель — это самый уязвимый для физического воздействия узел СКУД, поэтому для более серьезной защиты необходимо разделять цепи питания управляющей электроники и замка, чтобы вывод из строя считывателя не повлек за собой отключение питания замка.

Кратко о контроллерах доступа

Контроллер это наиболее сложное устройство в составе СКУД. Минимальный функционал автономного контроллера состоит в хранении в памяти кодов карт или ключей, которым разрешен доступ, и подаче управляющего импульса на замок. Более продвинутые сетевые контроллеры настраиваются и управляются дистанционно с помощью программного обеспечения; системы контроля и управления доступом, реализованные на таких контроллерах, могут разграничивать доступ в разные помещения для разных групп пользователей в зависимости от времени суток и дня недели, осуществлять учет рабочего времени, запрещать повторные проходы по одному идентификатору, взаимодействовать с охранно-пожарной сигнализацией и системой видеонаблюдения, однако рассмотрение таких систем требует отдельной статьи.

Как запитать систему?

В системах контроля доступа используются источники питания постоянного тока напряжением 12 Вольт. Номинальный ток источника питания должен быть не ниже, чем потребляемый всеми компонентами ток — его можно подсчитать простым суммированием указанных в характеристиках оборудования значений потребляемого тока. При использовании источника бесперебойного питания время работы системы от аккумулятора легко рассчитать, разделив емкость аккумулятора в Ампер-часах на потребляемый ток, например аккумулятор 7 А⋅ч должен обеспечивать работоспособность системы, потребляющей 0,5 А, в течение 14 часов. Электромеханические и моторные замки потребляют в момент открывания значительный ток, поэтому для их подключения нужно использовать провод сечением 0,5 мм² или более.

Чем отличаются кнопки выхода?

Для отпирания двери изнутри помещения в простых системах доступа используется кнопка выхода. От обычной кнопки, например, для звонка кнопка выхода отличается большим ресурсом, рассчитанным на десятки и сотни тысяч нажатий. При нажатии контакты кнопки замыкаются, и контроллер выдает импульс заданной длительности для нормально-закрытого замка или прерывает на заданное время цепь питания нормально-открытого. Кроме механически нажимаемых кнопок в системах контроля доступа применяются бесконтактные кнопки с практически неограниченным ресурсом и еще одним важным достоинством для помещений с большой проходимостью — стена рядом с бесконтактной кнопкой не пачкается. Полезной функцией является также подсветка кнопки.

Соединяем компоненты системы доступа

Для соединения компонентов системы контроля доступа потребуется кабель. Количество жил определяется схемой подключения, как правило, нужен 6- или 8-жильный сигнальный кабель. Если замок устанавливается на дверь, как например электромеханический или соленоидный, то для механической защиты кабеля используется гибкий дверной переход. Кабель с моножилой («витая пара» или силовой) в таком случае не подойдет — такой кабель не предназначен для частого изгибания.

Решение готово

Чтобы собрать простую систему контроля доступа вам потребуются: замок, карты доступа или ключи и считыватель, контроллер, кнопка выхода и источник питания. Замки бывают нормально-открытые и нормально-закрытые; выбор конкретной модели зависит от конструкции двери и требований к взломостойкости. Считыватель должен подходить для выбранного типа карт или ключей. Самый устойчивый к попыткам обмана системы — считыватель Mifare, работающий в защищенном режиме. Что касается контроллера, любой автономный контроллер доступа обеспечит необходимый минимум функций. Учет рабочего времени и расписания доступа обеспечивают сетевые контроллеры. Верх эволюции кнопок выхода — это бесконтактная кнопка выхода с подсветкой, но вполне подойдет любая другая попроще. Источник питания должен выдавать достаточный ток. Для замка лучше использовать отдельный источник, чтобы усилить стойкость системы ко взлому. Сигнальный 8-жильный кабель подойдет для соединения компонентов системы, но для подключения электромеханических и моторных замков лучше взять отдельный кабель сечением побольше.

Пользуясь этим руководством, вы без труда соберете систему контроля доступа, отвечающую вашим требованиям даже в мелочах. Чтобы сэкономить ваше время, мы подобрали наиболее часто запрашиваемые варианты комплектации в готовых решениях.

Формат бесконтактных смарт-карт, защищенных от копирования. Предназначены в первую очередь для идентификации личности и микроплатежных систем. Характеризуются невысокой дальностью чтения (3-10 см).

Источник