Controle de Acesso com Arduino+RFID

O objetivo deste tutorial é mostrar passo a passo a construção de um sistema de controle de acesso (abertura de portas) acionado por cartões RFID. Inicialmente o sistema vem com um cartão master, que ao ser lido inicia o cadastro ou exclusão do próximo cartão lido, se o cartão não for cadastrado, ele é incluso, se for cadastrado, é excluído.

Funcionalidades

• Liberação de acesso apenas para cartões cadastrados;
• Inclusão/Exclusão de cartões sem a necessidade de estar conectado com nenhum outro equipamento;
• Visor de LCD para apresentar as informações;
• Conjunto de 3 botões para digitar nomes dos cartões incluídos.

Equipamentos

1. Placa Arduino Uno – Que controla todo o equipamento
2. Leitor RFID RC522– Fazer a leitura dos cartões
3. Visor LCD I2C – Para exibir informações para o usuário
4. Placa RTC DS1302– Para manter o tempo atualizado, permitindo que o sistema logue os horários de entrada e saída das pessoas
5. Botões – Para escrever os nomes nos cartões
6. LED– Neste caso, utilizamos o LED para indicar que a porta foi aberta, no caso real, o LED deve ser substituído por um relê que abre a porta
7. Speaker – Para emitir um aviso sonoro quando a porta for aberta

Conexões (clicar nas imagens para visualizar em tamanho maior)
Ligando o modulo RTC

Ligando o módulo RFID

Ligando o LCD I2C

Ligando o LED

Observação: Inicialmente não colocamos em funcionamento a edição de nomes dos cartões.

Código

Bibliotecas necessárias

Para cada módulo novo instalado, precisamos incluir a biblioteca do mesmo, utilizamos as seguintes:

• RFID – https://www.dropbox.com/s/m9iaayv247v2y6t/rfid-master.zip?dl=0
• LCD I2C – https://www.dropbox.com/s/gr524pe0epwz5c5/fmalpartida-new-liquidcrystal-ba76a8c1f175.zip?dl=0
• RTC – https://www.dropbox.com/s/ajfchyjzxjupy10/virtuabotixRTC.zip?dl=0 e https://www.dropbox.com/s/d6gkvy60gyxol94/Time.zip?dl=0

Como utilizamos a EEPROM para salvar os dados do nosso protótipo, precisamos também dessas bibliotecas abaixo:

• EEPROM – https://www.dropbox.com/s/94kx0q23mts6lbk/EEPROM_Util.zip?dl=0 e https://www.dropbox.com/s/186er0mbdzrbk7e/EEPROMEx-9.1.zip?dl=0

Começando o Sistema:

Inicializando as bibliotecas

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <Servo.h> 
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <EEPROM.h>

Inicializando o display LCD no endereço 0x27

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE);

Definindo o leitor RFID nos pinos 10 e 9

#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

Definindo o LED que indicará se a porta foi aberta ou não:

int led_liberado = 5;

Como o cartão master será definido por nós, precisamos dizer ao sistema qual o seu código, também vamos criar uma String para salvar os cartões cadastrados e um marcador para indicar se o sistema deve ler o cartão de acesso ou cadastrar/apagar se o master tiver sido lido anteriormente.

byte valor;
char st[20];
String cartoesCadastrados = "";
String master = "AE 43 D3 B5";
int marcadorNovoCartao = 0; 

Agora vamos escrever o setup da aplicação para inicializar a serial de comunicação com o LCD, o próprio LCD, o leitor RFID, a mensagem inicial e a função que carregará os cartões já cadastrados.

void setup() 
{
  // inicia a serial
  Serial.begin(9600);
  // define o número de colunas e linhas do LCD:
  lcd.begin (16,2);
  pinMode(led_liberado, OUTPUT);
  // inicia  SPI bus
  SPI.begin();
  // inicia MFRC522
  mfrc522.PCD_Init(); 
  // mensagens iniciais no serial monitor
  Serial.println("Aproxime o seu cartao do leitor...");
  Serial.println();
  mensagemInicial();
  carregarCartoesCadastrados();
}

Na sequência, definiremos a função carregarCartoesCadastrados() para que o sistema dê acesso aos cartões já cadastrados que estão, no nosso caso, armazenados na EEPROM.

  
void carregarCartoesCadastrados(){

  Serial.println("Carregando cartoes cadastrados...");
  
  for(int i = 0; i< 1024; i++){
    int aux = EEPROM.read(i);
    
    if (aux != 255){
      
      String cartao = "";
      char auxChar;
      int espacoBranco = 0;
      
      do{
        auxChar = char(EEPROM.read(i));
        
        cartao = cartao + auxChar;
        
        //Colocar " " (espaço em branco) a cada 2 letras
        espacoBranco ++;
        if (espacoBranco >= 2){
          cartao = cartao + " ";
          espacoBranco = 0;
        }

        
        i++;
      }while(auxChar != ';');
      i--;
      
      Serial.print("Cartao: ");
      Serial.println(cartao);
      
      cartoesCadastrados = cartoesCadastrados + cartao;
      
      Serial.print("Lista de Cartoes: ");
      Serial.println(cartoesCadastrados);

      
    }
  } 
}

Vamos definir a função da mensagem inicial

void mensagemInicial(){
  lcd.clear();
  lcd.print(" Aproxime o seu");  
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("cartao do leitor");  
}

A função que libera o acesso caso o cartão esteja cadastrado, no nosso caso, como estamos usando um LED ao invés do relê da porta, definimos um delay para o sistema apagar a luz como se a porta tivesse sido fechada.

void liberarAcesso() {
  // Levanta a cancela e acende o led verde
  digitalWrite(led_liberado, HIGH);
  Serial.println("Cartao1 - Acesso liberado !");
  Serial.println();
  // Exibe a mensagem no lcd
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Acesso liberado");
  delay(2000);
  microservo9g.write(90);
  digitalWrite(led_liberado, LOW);
  lcd.clear();
}

Função de mensagem para cartões de acordo com seu status.

bool isCartaoCadastrado(String cartao){
  if (cartoesCadastrados.indexOf(cartao) >= 0){
    Serial.print("Cartão Cadastrado!");
    return true;
    delay(500);
  }
  return false;
}

Quando o cartão master é lido, o sistema tem que escolher se cadastra ou remove o próximo cartão, para tal, criamos a função abaixo

void alterarCartoes(){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Aproxime o novo");
  lcd.setCursor(0,1);  
  lcd.print("cartao");

  // Aguarda a aproximacao do cartao
  if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) 
  {
    return;
  }
  // Seleciona um dos cartoes
  if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) 
  {
    return;
  }
  // Mostra UID na serial
  Serial.print("UID da tag :");
  String conteudo= "";
  byte letra;
  for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) 
  {
    Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
    conteudo.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "));
    conteudo.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
  }

  String novoCartao = conteudo.substring(1);
  novoCartao.toUpperCase();
  novoCartao.trim();
  novoCartao = novoCartao + " ;";

  if (conteudo.length() > 0 && novoCartao.indexOf(master) < 0){
    if(cartoesCadastrados.indexOf(novoCartao) < 0){
      cadastrarNovoCartao(novoCartao);
    }else{
      removerCartao(novoCartao);
    }
    marcadorNovoCartao = 0;

    delay(2000);
    mensagemInicial();
  }

  Serial.print("Lista de Cartoes: ");
  Serial.println(cartoesCadastrados);
}

Abaixo as funções que cadastram novos cartões e que removem cartões já cadastrados.

void cadastrarNovoCartao(String cartao){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Cartao");
  lcd.setCursor(0,1);    
  lcd.print("Cadastrado");

  Serial.print("Adicionou o cartao ");
  Serial.print(cartao);
  Serial.println(" na lista");

  cartoesCadastrados = cartoesCadastrados + cartao;
  
  //remove os espacos em branco do cartao e adiciona o ';'
  cartao.replace(" ","");

  //Adicionar o novo cartão na memória
  for(int i = 0; i< 1024; i++){
    
    int aux = EEPROM.read(i);
    
    if (aux == 255){
      for(int j = 0; j< cartao.length(); j++){
        EEPROM.write(i, byte(cartao.charAt(j)));
        i++;
      }
      break;
    }
  } 

}

void removerCartao(String cartao){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Cartao");
  lcd.setCursor(0,1);    
  lcd.print("Removido");
  
  Serial.print("Removeu o cartao ");
  Serial.print(cartao);
  Serial.println(" da lista");
  
  cartoesCadastrados.replace(cartao, "");
  Serial.print("Cartoes atuais: ");
  Serial.println(cartoesCadastrados);
  
  
 //Remove o cartão na memória 
 String auxCartoesCadastrados = cartoesCadastrados;
 auxCartoesCadastrados.replace(" ","");
  for(int i = 0; i< 1024; i++){
    
   if(i < auxCartoesCadastrados.length()){
     EEPROM.write(i, byte(auxCartoesCadastrados.charAt(i)));
   }else{
     EEPROM.write(i, 255);
   }
    
    
  } 
  
}

É isso, infelizmente não dispomos de um relê nem de uma porta para testar o sistema na prática e também não chegamos a incluir mais armazenamento para poder trabalhar com mais cartões e com os nomes dos usuários (o Arduino que utilizamos só tem 1MB de memória), o uso dos botões para escrever o nome deverá vir numa próxima parte para este tutorial. Esperamos que o tutorial lhes ajudem a entender um pouco mais do Arduino, seus módulos e bibliotecas e lhe sirva de inspiração para novos projetos.

Segue o código completo para download:
https://www.dropbox.com/s/yutygcitixu40zw/controleAcesso-v01_03.zip?dl=0