مقاله سیستم حضور غیاب RFID با آنتن دهی بالا و با پلتفرم Arduino

بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله که حاصل یک پروژه ساخت است،یک سیستم حضور غیاب RFID با آنتن دهی بالا - - UHF و با پلتفرم Arduino معرفی شده و در ساخت مدار کاملا از ماژول استفاده شده است که از مزیتهای این سیستم نسبت به سیستمهای دیگر می باشد و برد آنتن دهی UHF در حدود 5 متر بوده و با Tag های غیرفعال نیز کار می کند که این نوع TAG نسبتا ارزانتر از Tagهای فعال است و منبع انرژی خود را از میدان الکتریکی ای که آنتنUHF ایجاد می کند تهیه می کند و همچنین طول عمر زیادی دارند، در مدار تولید شده تا فاصله 4/5 متری - با توجه به آنتن UHF ی که استفاده شده - Tag غیر فعال قابل خواندن بوده و اطلاعات این مدار هم بر روی SD Card به صورت یک فایل تکست ذخیره می شود و هم می توان آن را به صورت مانیتورینگ از طریق پورت سریال ملاحظه کرد.

واژههای کلیدی:پلتفرم آردوینو ، RFID ، سیستم حضور غیاب، Rtc ،SD Card،UHF ،آنتن دهی بالا

-1 مقدمه

یکی از مسائلی که از گذشته تابحال مورد توجه سازمانها و شرکتها بوده ، ثبت ساعات ورود و خروج پرسنل و محاسبه میزان کارکرد آنها برای پرداخت دستمزد است که کاری وقتگیر می باشد. تاریخچه دستگاه حضور غیاب به قرن 19 میلادی برمی گردد که در کشورهای اروپایی و آمریکایی برای کارخانجات بزرگ استفاده می شد.[1] در نوامبر 1888 ویلارد باندی، دستگاه حضور و غیابی اختراع نمود که زمان را بر روی نوار کاغذی که از پیش شماره پرسنلی در آن چاپ شده بود ثبت می نمود.[1 ] در همان سال نوع دیگری توسط دکتر الکساندر دی اختراع شد. در این دستگاه شماره های هر یک از پرسنل بر روی یک شماره گیر بزرگ دایره شکلی تعبیه شده بود که کارگران شماره ی خود را جهت ثبت ساعت ورود و خروج بر روی کاغذهای درون دستگاه چاپ می کردند.[1]

در سال 1894 دانیل ام کوپر اولین دستگاه حضور و غیاب کارتی را اختراع کرد که هر یک از پرسنل کارتی مخصوص به خود داشت که با وارد کردن کارت درون دستگاه و فشردن اهرمی که برای چاپ ساعت بود، ساعت تردد خود را به ثبت می رساند. در سال 1938 اولین دستگاه حضور و غیاب تمام اتوماتیک به بازاز عرضه شد. این دستگاه قادر به ثبت زمان بر حسب دقیقه بود و زمان حضور و غیاب پرسنل به صورت دقیقتر به ثبت می رسید. [1]با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه های حضور و غیابی تولید شد که به جای استفاده از کارت مقوایی که هر ماه تعویض می شد، از کارتهای دائمی با تکنولوژی بارکد، مغناطیس، پروکسی و یا مایفر استفاده میشود.

علاوه بر این، دستگاههای حضور و غیاب بیومتریک نیز وارد بازار شدکه با اسکن کردن اثر انگشت ، مردمک چشم و یا صورت افراد کار میکند. اما هنوز بسیاری از کمپانی ها تمایل زیادی به استفاده از دستگاه کارتی دارند، زیرا قابلیت تشخیص این سیستمها پایین بوده ونمی توان به کارکرد آنها در هر شرایطی مطمئن بود.[1] در سیستم حضور غیاب RFID که با امواج رادیو فرکانسی - - RF کار می کند ، افراد به صورت بی سیم شناسایی و و زمان ورود و خروج آنها ثبت می شود.[2] این فناوری که چند سالی است مورد توجه قرار گرفته، یک شماره سریال منحصر بفرد، در یک ریزتراشه می باشد، که درون یک - Tag برچسب - قرار دارد و توسط آنتن Reader خوانده می شود و می توان افراد یا اشیا را شناسایی نمود، که این Tag باید همراه فرد یا متصل به شیء مورد نظر باشد.[3]

دستگاههایی که در حال حاضر تولید شده اند میزان آنتن دهی آنها کم می باشد، چون در این دستگاهها از آنتن LF که با میدان مغناطیسی کار می کند استفاده شده است و اشخاص باید Tag را در نزدیکی Reader قرار دهند تا خوانده شود، در پروژه مربوط به این مقاله برآن شدیم، تا این سیستم را طوری ارتقا داده که آنتن دهی آن بالا باشد و آنتن Reader به راحتی بتواند Tag را در هر وضعیتی بخواند. از این پروژه می توان برای مکانهایی مانند دانشگاهها، مدارس، فروشگاهها ، رستوران و... استفاده نمود.دراین مقاله ابتدا مدار سیستم و اجزاء آن معرفی شده و سپس به توضیح عملکرد مدار و نتایجی که بدست آمده پرداخته شده و در آخر نیز به نتیجه گیری و کارهایی که در آینده برای ارتقاء این سیستم می توان انجام داد اشاراتی شده است.

سیستم حضور غیاب هوشمند

نحوه عملکرد سیستم حضور غیاب هوشمندی که با RFID کار می کند، به اینگونه است که به هر شخص یک کارت یا Tag داده می شود که در آن یک شماره سریال ذخیره شده است و هرگاه Tag در مجاورت آنتن Reader قرار گیرد شماره سریال ذخیره شده در Tag توسط آنتن Reader خوانده شده و سپس ساعت و تاریخ ورود و خروج شخصی که آن Tag را دارد به همراه شماره سریال Tag در کارت SD ذخیره می شود و سپس می توان اطلاعات موجود در کارت را به بانک اطلاعاتی انتقال داد.در دستگاههایی که در حال حاضر در بازار می باشند از RFID هایی که میزان آنتن دهی آنها پایین است استفاده شده و در نتیجه کاربر برای ثبت ساعات ورود و خروج خود باید کارت یا Tag خود را در فاصله چند سانتی متری دستگاه قرار دهد.

در نتیجه ما در این پروژه طی بررسی های به عمل آمده مدار این سیستم را طوری طراحی نمودیم که بتواند از فاصله چند متری Tag همراه کاربر را بخواند، پس تصمیم بر آن شد تا از آنتهای با برد بالا - UHF - که میزان آنتن دهی آنها بین 2 تا 5 متر می باشد برای Reader استفاده شود و مزیت دیگری که این پروژه دارد طراحی مدار به صورت کاملا ماژولار می باشد و در آن از پلتفرم Arduino استفاده شده است و نیز می تواند بوسیله پورت سریال اطلاعات را مستقیما به کامپیوتر ارسال کند.که در شکل 1 بلوک دیاگرام اجزاء مدار طراحی شده به همراه نوع اتصالات بکار رفته در آن مشاهده می شود. حال به شرح هریک از اجزاء مدار و علت کاربرد آن و نوع اتصال آن می پردازیم:

برد کنترلی Arduino UNO یک پلتفرم بر پایه میکروکنترلر ATmega328 بوده و کد نویسی آن به صورت opene-source می باشد که دارای نرم افزار ساده ای برای کامپایل و پروگرام کردن بوده و از طریق پورتUSB کامپیوتر می توان آن را پروگرام نمود که در این مدار نیز به عنوان قسمت کنترلی از آن استفاده شده کهبه زبان  C کد نویسی آن انجام شده است و ماژولهای دیگر به این برد متصل و کنترل می شوند.ماژول RFID دارای سه قسمت Reader ، Anten و Tag می باشد که قسمت Reader آن به صورت سریال به Arduino متصل شده و آنتن به Reader اتصال دارد و همانطور که پیشتر گفته شده این آنتن از نوع UHF می باشد که دارای بردی بین 2 تا 5 متر است که این آنتن با امواج رادیوفرکانسی که تولید می کند می تواند اطلاعات Tag را دریافت و به Reader ارسال کند.

Tag ها دو نوع دارند یکی فعال - Active - که انرژی خود را از باتری تامین می کنند و برد بالایی دارند و دیگری غیرفعال - Pasive - که از یک ریز تراشه حاوی یک شماره سریال و یک آنتن ساخته شده و هرگاه در میدان مغناطیسی ای که توسط آنتن تولید شده قرار گیرد انرژی مورد نیاز آن تامین می گردد، طول عمر بالایی داشته و نسبت به نوع فعال مقرون به صرفه تر هستند که ما در این پروژه از این نوع Tag استفاده کرده ایم.برای ساعت مدار جهت ثبت ساعت ورود و خروج از یک ماژول Rtc استفاده شده است که با استفاده از پروتکل I2C به برد کنترلی متصل شده و منبع کلاک این ماژول از یک کریستال ساعت با فرکانس 32.768KHZ استفاده می کند و می تواند ثانیه، دقیقه، ساعت و تاریخ را بصورت روز، هفته، ماه، سال ذخیره کند.

جهت ذخیره اموری همچون ثبت گزارشات و لاگ های پروژه ، ذخیره داده و ... از ماژول SD Card استفاده می شود که با پروتکل SPI به برد Arduino اتصال دارد و اطلاعات ارسال شده از Reader همراه با اطلاعات دریافت شده از Rtc توسط برد کنترلی به صورت یک فایل تکست در SD Card ذخیره می شود.همچنین در این مدار از دو عدد LED سبز و قرمز و یک Buzzer برای تشخیص خواندن و شناسایی Tag توسط Reader استفاده شده است. در شکل 2 نمونه سیستم ساخته شده قرار داده شده است.