Controllo accessi con lettori NFC e Arduino Nano ESP32

[PaoloRos]

Ciao a tutti,

Sto costruendo un sistema di controllo accessi per un appartamento. Il sistema gestirà 3 elettroserrature.

Il lettore di carte NFC comunica attraverso protocollo wiegand, se l'arduino riconosce lo UID della carta apre la porta attivando il rispettivo relè.

Il sistema è predisposto per due diversi alimentatori DC a 12v: uno pre-optoaccoppiatori (Arduino e lettori NFC) e uno post-optoaccoppiatori (Elettroserrature, relè, Mosfet per attuazione relè..). Ma è molto facile che ne sarà utilizzato solo uno da 15 W per tutto quanto (supponendo che le serrature verranno attivate solo una per volta).

Ogni lettore NFC wiegand è collegato con 6 fili:

• +12v
• GND
• D0
• D1
• Led
• Beep

WiegandPins

k3ghpFb8m.png (3.49 KiB) Osservato 4576 volte

In poche parole, il protocollo Wiegand invia il codice binario con i due pin D0 (per gli "zeri") e D1(per gli "uni"). Entrambi si trovano normalmente allo stato alto (+5v), al momento di trasmettere un bit si abbassano a GND.

I pin "Led" e "Beep" si trovano anche loro normalmente allo stato alto (+5v) e se vengono cortocircuitati a GND accende un Led verde sul lettore o attiva un cicalino.

Questo è il (mio primo) circuito che ho costruito:

Circuit

Domande a riguardo:

• (1) Le resistenze di pull-up e pull-dwn (di tutti i riquadri) vanno bene?
• (2) Alimenterò l'Arduino nano ESP32 direttamente con +12v; I condensatori da 1000uF è sovradimensionato? Considerando che ci sarà un'elettroserratura come carico.
• (3) Le resistenze per alimentare gli optoaccoppiatori (riquadro "OUTPUT RELAYS...") sono corrette?
• (4) Le resistenze per alimentare gli optoaccoppiatori (riquadro "Ext door") sono corrette? (S+ vale +18v ed è l'uscita del citofono esterno Bticino 364231)
• (5) In linea generale ci sono cose che potrebbero essere migliorate?

Questa è una bozza della PCB che stamperò:

PCB

Grazie mille in anticipo
Paolo R.

[luxinterior]

Iniziamo con i complimenti per il proggetto e per averlo condiviso
Le domande che fai sono difficili...bisogna conoscere bene i componenti che hai utilizzato per dare rispsote sensate. Uno deve prima studiarsi il progetto...
Una cosa che mi è "saltata agli occhi" guardando il tuo PCB
Se usi degli opto separa bene le masse tra i due lati lasciando un'area vuota nel mezzo e sopratutto non farci passare delle piste tra i pin degli opto.
Mio parere personale non trovo necessari gli opto per pilotare le bobine dei relè e farei un cirucito molto più sempliec. Ma è una banale questione di gusti

[ThEnGi]

Uno deve prima studiarsi il progetto...

Pomeriggio provo a darci un occhio più attento ma cosi in punta di petto

Fotoaccopiatori inutili (vedi commento di @luxinterior)
Traslazione di livello più complessa del dovuto
Pilotaggio relè troppo complesso (anche usando i Fotoaccopiatori)
Condensatori da 1000uF inutili (messi così)
Mancanza condensatori di bypass (DS3231 fuori specifica)
Saturazione di tutti i GPIO del uC (personale)
Inutilità di un RTC quando hai un ESP32 con wifi e NTP (da valutare anche il senso della batteria)
Diodo per inversione di polarità di discutibile uso (non protegge i lettori NFC, personale)
Fusibili SOVRAdimensionati e di parecchio

I lettori saranno vicini al circuito ? Altrimenti c'è da valutare eventuali interferenze sul cavo

[PaoloRos]

Grazie ThEnGi, qui sotto le mie risposte/domande:

Fotoaccopiatori inutili (vedi commento di @luxinterior)

Perché inutili? L'opto U6 mi fa da ingresso dal citofono isolando i due circuiti. Poi gli U1, U2 e U3 mi separano i circuiti di comando e dei relè nel caso in cui utilizzo due alimentatori separati.

Traslazione di livello più complessa del dovuto

Ammetto che non è la soluzione più semplice, ma ero partito da una cosa ancora più complessa

Pilotaggio relè troppo complesso (anche usando i Fotoaccopiatori)

Esistono soluzioni più semplici di queste?

Condensatori da 1000uF inutili (messi così)

Li ho messi per eventuali picchi richiesti dalle elettroserrature. Come si metterebbero?

Mancanza condensatori di bypass (DS3231 fuori specifica)

Ho aggiunto all'ultimo un condensatore ceramico tra il VCC e il GND vicino al DS3231.
Ho scoperto dopo che serviva anche per il Vbat, ma da specifiche dice che non è necessario se il bus I2C è spento quando il DS3231 alimentato da batteria: ed è il mio caso.

Saturazione di tutti i GPIO del uC (personale)

Nel senso che li ho usati quasi tutti?

Inutilità di un RTC quando hai un ESP32 con wifi e NTP (da valutare anche il senso della batteria)

Il dispositivo (al momento) è pensato per utilizzare il wifi solo per la configurazione. L'RTC servirà per validare i codici OTP generati con google authenticator (o app simile).

Diodo per inversione di polarità di discutibile uso (non protegge i lettori NFC, personale)

L'ho messo per proteggere il mio PC quando lo collego all'arduino, visto che ho notato che quando è collegato via USB qualcosa del circuito riesce ad alimentarla.

Fusibili SOVRAdimensionati e di parecchio

Tutti?

Saluti,
PaoloR

[PaoloRos]

PS: Un lettore è collegato attraverso un cavo di 5m.
Uno non supera il metro, il terzo più o meno 2 metri.

[ThEnGi]

Grazie ThEnGi, qui sotto le mie risposte/domande:

Figurati, sia chiaro il sistema probabilmente funziona anche cosi e spesso sono scelte personali. Provo ad espandere ma non ho molto tempo

I fotoacopiatori li lascerei solo sull'ingresso (in alto a sx dello schema)
Per l'ingresso te la puoi cavare con un partitore resistivo, per l'uscita la soluzione "open collector" va bene
Il pilotaggio dei relè può essere fatto solo dal mosfet ed escludere il fotoaccopiatori, valuta una resistenza Gate-GND per assicurarsi che non intervengano al riavvio. (non necessaria per i led/cicalini al massimo suonano )
Quei relè a memoria consumano 0.7W che si traducono in circa 60/70mA@12V

Per l'uso dei GPIO, si mi riferisco al fatto che sono tutti usati. è una cosa personale ma mi lascio sempre spazio di ampliamento... Eventualmente ci attacco dei led per il debug

Se c'è la possibilità all'avvio di avere internet tramite WIFI, ti scarichi l'orario da un server NTP e lo carichi sul RTC per poi disattivare il WIFI. Se si dovesse disalimentare il sistema riparte e riscarica l'orario.

Al posto del diodo io uso un ponticello, in modo da separare il uC dal circuito. Nel caso devi usare il diodo usa pure un 1N4007 (quello dei relè) tanto hai 12V in ingresso

Sicuramente quello dello bobine 2A per 3 relè sono tanti !
Può aver senso avere due fusibili in cascata e separare l'alimentazione delle elettroserrature (modello) dai relè


Ultime 2 note:
Pulsanti per "forzare" l'apertura delle elettroserrature ?
Pull Up sul pin di reset ? Io uso una combinazione di condensatore e resistenza con condensatore escludibile tramite ponticello per la programmazione

Da valutare il degrado del segnale in ingresso, 5 mt di cavo non sono pochi.... cosa usi ?