資料介紹
描述
我需要一個(gè)基于 RFID 的創(chuàng)客空間訪(fǎng)問(wèn)控制系統(tǒng),它允許成員訪(fǎng)問(wèn)門(mén)和一些設(shè)備。在在線(xiàn)閱讀了一些指南之后,我將它們組合在一起。
該系統(tǒng)包括一個(gè)通過(guò) USB 電纜連接到 Raspberry Pi 的廉價(jià) USB RFID 閱讀器,以及一個(gè) 12V 繼電器板,當(dāng) Raspberry Pi 的 GPIO 引腳觸發(fā)時(shí),該繼電器板為電擊供電,如下所示。

設(shè)計(jì)過(guò)程
挑選一個(gè) RFID 閱讀器
我在構(gòu)建它時(shí)面臨的障礙之一是 DIY RFID 市場(chǎng)明顯不成熟。截至我在 2019 年撰寫(xiě)本文時(shí),如果我們對(duì)不適合我們用例的手持式閱讀器和其他設(shè)備打折,RFID 閱讀器有三種形式。
第一個(gè)是來(lái)自傳統(tǒng) DIY 賣(mài)家的天線(xiàn)和電路板。SparkFun 有幾個(gè)RFID 天線(xiàn)和兼容的RFID 板。Adafruit 有一個(gè)用于 Arduino 的 RFID 擴(kuò)展板,以及一個(gè)帶有 PS/2 接口的組裝好的RFID 閱讀器。這些都至少要花費(fèi) 40 美元左右,并且需要一些技術(shù)知識(shí)來(lái)設(shè)置。
第二類(lèi)包括來(lái)自專(zhuān)注于 RFID 的工程公司的超優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,例如來(lái)自 AtlasRFIDstore.com 的Thingmagic Elara USB RFID 閱讀器。 這是 475 美元。
最后一類(lèi)是通過(guò)亞馬遜、新蛋、阿里巴巴等平臺(tái)銷(xiāo)售的數(shù)十種相同的、廉價(jià)的中國(guó)電子產(chǎn)品。如果你在其中任何一個(gè)或只是谷歌上搜索 RFID 閱讀器,你會(huì)看到下面看到的幾十個(gè)小黑盒子,價(jià)格從 5 美元到 20 美元不等。這是一個(gè)價(jià)格非常低廉的即用型解決方案,所以這是我推薦的。
我試圖避免在亞馬遜和其他剝削性市場(chǎng)購(gòu)物,但我不知道這些低成本中國(guó) RFID 閱讀器的信譽(yù)良好的來(lái)源,所以我選擇了 NewEgg。歡迎提出更好來(lái)源的建議。
選擇你的頻率
這個(gè)問(wèn)題在我使用的教程和大多數(shù)指南中沒(méi)有得到很好的解決令人困惑。然而,我發(fā)現(xiàn)基本應(yīng)用有兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn):125kHz 和 13.56MHz。還有許多其他高級(jí)應(yīng)用,例如汽車(chē)遙控鑰匙鏈中使用的有源 RFID 技術(shù),但如果您想解鎖一扇門(mén),只需獲取其中一個(gè)即可。我建議的廉價(jià)、可疑的制造產(chǎn)品有兩種。我建議13.56MHz。我使用 125kHz,因?yàn)槟鞘俏易畛踬?gòu)買(mǎi)的,兩者在功能上似乎相同,但 13.56 似乎更常見(jiàn),因此更容易購(gòu)買(mǎi)標(biāo)簽。無(wú)論您采用哪種選項(xiàng),本指南的其余部分都應(yīng)適用,只需注意您的所有 RFID 標(biāo)簽和所有 RFID 閱讀器都需要匹配。您還可以獲得可寫(xiě)標(biāo)簽來(lái)存儲(chǔ)信息,但我只是使用帶有簡(jiǎn)單 ID 號(hào)的永久標(biāo)簽。也許 writable 在未來(lái)的項(xiàng)目中會(huì)很酷,但我認(rèn)為在這個(gè)項(xiàng)目中不需要它。
設(shè)置 RFID 閱讀器
首先,通過(guò) USB 將您的 RFID 閱讀器連接到運(yùn)行 Windows 的計(jì)算機(jī)。它的電源燈會(huì)亮起,如果你在上面刷一個(gè)標(biāo)簽,閱讀器會(huì)發(fā)出嗶嗶聲,燈會(huì)閃爍一次。如果您打開(kāi)記事本并滑動(dòng),您會(huì)看到標(biāo)簽的代碼出現(xiàn)。這是因?yàn)檫@些 USB RFID 閱讀器模擬鍵盤(pán)。他們讀取 RFID 編號(hào),然后按順序?qū)⑵漭敵鰹?ASCII 字符。
接下來(lái),使用最新版本的 Raspbian OS 設(shè)置您的 Raspberry Pi,并創(chuàng)建一個(gè)工作目錄。創(chuàng)建一個(gè)包含用戶(hù)列表及其 ID 的文本文件,并復(fù)制提供的測(cè)試代碼以開(kāi)始使用。Python 腳本需要 root 權(quán)限才能從通過(guò) USB 插入的 RFID 閱讀器讀取信號(hào),因此請(qǐng)使用“sudo”前綴運(yùn)行腳本。
運(yùn)行時(shí),腳本應(yīng)持續(xù)監(jiān)控 RFID 閱讀器。找到代碼后,它將檢查它是否在已批準(zhǔn)代碼列表中,并報(bào)告相關(guān)用戶(hù)的名稱(chēng)或報(bào)告未在列表中找到代碼。
設(shè)置繼電器
由于此時(shí)您應(yīng)該已經(jīng)讓 RFID 閱讀器工作,我建議將繼電器板連接到 Pi,如下圖所示。電源和接地連接可以連接到任何 5V 和 GND 引腳,但是我將引腳 2 用于 5V 引腳,將引腳 4 用于接地。我使用 Pin 11 (GPIO17) 作為我的信號(hào)。如果您使用不同的信號(hào)引腳,請(qǐng)務(wù)必在 python 腳本中進(jìn)行更改。

現(xiàn)在,當(dāng)你刷一個(gè)標(biāo)簽時(shí),如果它被批準(zhǔn),那么繼電器板應(yīng)該激活 3 秒鐘,點(diǎn)亮一個(gè) LED 并在關(guān)閉之前發(fā)出咔噠聲。
設(shè)置電擊
通過(guò)將其連接到 12V 電源來(lái)測(cè)試?yán)讚簟?/font>如果您愿意,您可以添加一個(gè)筒形插孔連接器,但是我只是將連接器從電源上切斷并剝?nèi)ル娋€(xiàn)。檢查電源以確定哪根線(xiàn)是正極,哪根是接地線(xiàn),然后用鱷魚(yú)夾將電線(xiàn)臨時(shí)連接到電擊。您可以插入電源或打開(kāi)插入電源的電涌保護(hù)器,并且罷工應(yīng)該會(huì)發(fā)出微弱的嗡嗡聲,并且門(mén)應(yīng)該從固定過(guò)渡到可移動(dòng)。
根據(jù)您的型號(hào),您的電擊可能有兩根或四根電線(xiàn)。我發(fā)現(xiàn)的罷工有四個(gè),因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)為與 12V 或 24V 電源兼容。在數(shù)據(jù)表中,每個(gè)都有一個(gè)連接指南,所以我為 12V 進(jìn)行了必要的連接。
一旦你確信它可以工作,將電源的地線(xiàn)焊接到罷工的地線(xiàn)或通過(guò)其他方式將它們永久連接。將正極引線(xiàn)連接到繼電器的中心連接器,即公共連接器。它應(yīng)該被標(biāo)記為“COM”。然后將罷工的正極連接到繼電器的常閉門(mén)。它應(yīng)該標(biāo)記為“NC”,而不是標(biāo)記為“NO”的常開(kāi)門(mén)。
現(xiàn)在大部分工作已經(jīng)完成。如果 Raspberry Pi 已打開(kāi)且 12V AC-DC 轉(zhuǎn)換器已插入,則運(yùn)行讀取 RFID 閱讀器的 python 腳本(以 root 用戶(hù)身份,如前所述)。現(xiàn)在,在 RFID 閱讀器上刷一個(gè)經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的 RFID 標(biāo)簽應(yīng)該會(huì)像之前一樣激活繼電器,但它應(yīng)該在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)門(mén)鎖,讓門(mén)打開(kāi)。
設(shè)置腳本以在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行
根據(jù)你的需要,你可以稱(chēng)之為完成,但至少有兩件事你可能仍然想做。首先,您需要設(shè)置一種跟蹤徽章的方法,其次,您需要將系統(tǒng)設(shè)置為在插入 Pi 時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。否則,如果出現(xiàn)電源故障,門(mén)鎖定將保持關(guān)閉,直到手動(dòng)重置。
Dexter Industries在此頁(yè)面上找到了設(shè)置 Python 腳本以在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行的說(shuō)明。以 root 用戶(hù)身份在 Nano 中編輯文件“/etc/rc.local”:
sudo nano /etc/rc.local
添加命令以啟動(dòng)程序,使用其完整路徑名。
sudo python /home/YOUR_DIRECTORY_PATH/sample.py &
在末尾包含 & 以指示它在后臺(tái)運(yùn)行,并確保文本文件的最后一行保持原來(lái)的“exit 0”(顯然沒(méi)有引號(hào))。
重啟測(cè)試。python 腳本應(yīng)在啟動(dòng)時(shí)立即運(yùn)行。
跟蹤 RFID 滑動(dòng)事件
如果您希望能夠查看誰(shuí)在什么時(shí)間使用了門(mén),您可以通過(guò)查看日志文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。每次通過(guò) python 腳本檢查徽章時(shí),日志文件都會(huì)附加時(shí)間、ID 號(hào)和關(guān)聯(lián)的用戶(hù)。但是您可能希望能夠在不使用 SSH 訪(fǎng)問(wèn) Raspberry Pi 的情況下讀取文件。為此,我們需要設(shè)置一個(gè)自動(dòng)化流程,以在每次徽章滑動(dòng)事件發(fā)生時(shí)將日志文件復(fù)制到云存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器。為此,我建議使用Rclone 。
要使用 Rclone,您首先需要獲取 Google Drive 文件夾的 API 密鑰。這個(gè)過(guò)程最好在 Annis Souames 在 Medium 上的一篇文章中描述:“如何使用 Python 自動(dòng)上傳文件以驅(qū)動(dòng)” 。他的指南介紹了使用 PyDrive python 庫(kù)設(shè)置文件同步的過(guò)程。您可能想嘗試完成他的教程,看看它是否適合您。我使用 Rclone 是因?yàn)槲覠o(wú)法讓 Python 識(shí)別 PyDrive 命令,但如果對(duì)你有用,那就太好了。
如果沒(méi)有,那么只需確保您生成了 Annis 引導(dǎo)您在 Google 開(kāi)發(fā)者控制臺(tái)上生成的 API 密鑰。有很多按鈕,但是如果您按照他的指示進(jìn)行操作,它應(yīng)該可以工作。
克隆
獲得 API 密鑰后,運(yùn)行
sudo rclone config
如果你在沒(méi)有 sudo 的情況下運(yùn)行它,它看起來(lái)工作正常,但是當(dāng)你嘗試在 python 腳本中運(yùn)行 rclone 命令時(shí),它將失敗,因?yàn)?python 腳本以 root 用戶(hù)身份運(yùn)行。
rclone config 命令將生成并保存 rclone 配置文件。我發(fā)現(xiàn)如果它不是以 root 權(quán)限生成的,那么你的 python 腳本將找不到它,因?yàn)樗?root 用戶(hù)身份運(yùn)行。
完全按照用于設(shè)置 Google Drive 同步的 rclone 文檔中的描述運(yùn)行配置過(guò)程。
完成后,嘗試測(cè)試命令。登錄到關(guān)聯(lián)的 Google Drive 帳戶(hù)并檢查文件是否已上傳。現(xiàn)在,取消注釋在每次徽章滑動(dòng)后運(yùn)行 rclone 的行。這會(huì)將日志文件復(fù)制到 Google Drive。
我建議為此項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)與您的個(gè)人 Google Drive 帳戶(hù)不同的專(zhuān)用 Google 帳戶(hù),然后與您的常規(guī)帳戶(hù)共享用于復(fù)制日志文件的文件夾。原因是 rclone 功能強(qiáng)大,可以刪除或覆蓋 Google Drive 上的任何文件。在發(fā)生事故或某種黑客攻擊的情況下,Rclone 理論上可用于竊取或勒索它所連接的相關(guān)云存儲(chǔ)位置中的數(shù)據(jù)。我使用我的 Google Drive 來(lái)存儲(chǔ)敏感信息,所以我采取了這一步來(lái)隔離我寶貴的云存儲(chǔ)空間中的日志文件同步過(guò)程。
更進(jìn)一步,第一部分:門(mén)開(kāi)關(guān)
一旦閱讀器工作,我還將一個(gè)磁性門(mén)傳感器連接到 Raspberry Pi,它會(huì)讀取門(mén)狀態(tài)何時(shí)從打開(kāi)變?yōu)殛P(guān)閉或反之亦然,并將其記錄在日志文件中。它在圖中表示為一個(gè)按鈕,因?yàn)樗墓ぷ鞣绞较嗤寒?dāng)門(mén)關(guān)閉時(shí),電路關(guān)閉,當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí),電路也是如此。它需要一個(gè)上拉電阻,我將它連接到 Pi 的第一個(gè)引腳,它提供恒定的 3V。

更進(jìn)一步,第二部分:LCD
LCD 允許 Pi 向用戶(hù)提供反饋。事實(shí)證明,這對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)產(chǎn)生了巨大影響:人們避免使用該系統(tǒng),因?yàn)樗煌该髑胰狈η逦姆答仭?/font>LCD 允許 Pi 聲明“ACCESS GRANTED”,然后是人們似乎喜歡的用戶(hù)名。

Circuit Basics有一個(gè)關(guān)于將 LCD 連接到 Pi 的很好的指南。我連接了以下引腳:
- LCD 1 (GND) 到 Pi 39 (GND)
- LCD 2 (VCC) 至 Pi 4 (5V)
- LCD 3 (V0) 連接到 2 kOhm 電阻,然后連接到 GND
- LCD 4 (RS) 到 Pi 37 (GPIO26)
- LCD 5 (R/W) 至 GND
- LCD 6 (E) 至 Pi 35 (GPIO19)
- LCD 7、8、9、10:未使用
- LCD 11 (D4) 到 Pi 33 (GPIO13)
- LCD 12 (D5) 到 Pi 31 (GPIO6)
- LCD 13 (D6) 至 Pi 29 (GPIO5)
- LCD 14 (D7) Pi 23 (GPIO11)
- LCD 15 (K) 至 GND
- LCD 16 (A-Red) 到 Pi 11 (GPIO17) 的 330 歐姆電阻
- LCD 17 (A-Green) 到 Pi 27 (GPIO13) 的 330 歐姆電阻
- LCD 18 (A-Blue) 到 Pi 22 (GPIO15) 的 330 歐姆電阻
大多數(shù)傳統(tǒng) LCD 都有一個(gè) LED 背光,但這個(gè)有三種不同的顏色,這使得 Pi 可以隨文本更改 LCD 背景顏色。我真的很喜歡這個(gè)效果,因?yàn)樗谡J褂脮r(shí)呈藍(lán)色,但在授予訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限時(shí)變?yōu)榫G色,在拒絕訪(fǎng)問(wèn)時(shí)變?yōu)榧t色。
更進(jìn)一步,第三部分:門(mén)鈴
像許多工業(yè)設(shè)施一樣,我們的創(chuàng)客空間變得響亮,敲門(mén)聲聽(tīng)不見(jiàn)。當(dāng)無(wú)法進(jìn)入的人要求進(jìn)入時(shí),一個(gè)按鈕會(huì)向里面的人發(fā)出警報(bào)。該按鈕的操作方式與門(mén)開(kāi)關(guān)相同。一端連接到 LCD 使用的共享 GND 連接,以減少穿過(guò)墻上小孔的電線(xiàn)數(shù)量。另一端連接到 Pi 引腳 12 (GPIO18)。它也被連接到引腳 1 的上拉電阻拉高。然后 Pi 可以使用另一個(gè)繼電器激活蜂鳴器或通過(guò)其音頻插孔激活聲音,或通過(guò) SMS 文本消息或許多其他選項(xiàng)發(fā)送通知。

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