Controle de acesso biométrico stand alone com dois módulos separados ligados por cabo de rede

Bom dia pessoal, este é meu primeiro tópico e dúvida no fórum…

Estou tentando montar um simples sistema de controle de acesso biométrico voltado para residências (apartamentos, casas) funcionando totalmente em stand alone, sem necessidade de um PC ou servidor qualquer para cadastrar ou excluir as digitais. 

Seriam dois módulos separados: Um com o leitor biométrico compatível com a biblioteca da Adafruit, e o ou outro com o arduino e interface de comunicação com o usuário.

Para construção do projeto usei os seguintes componentes:

1x leitor biométrico DY 50
1x Arduino stand alone com atmega 328p atmaker 1.3
1x LCD 16x2 letras brancas e backlight azul com módulo i2c soldado.
1x Buzzer ativo
1x sensor de obstáculo lm 393
1x rele 12v
5x push bottons

Como disse, quis fazer dois módulos separados e interdependentes: o módulo com o leitor biométrico,buzzer e sensor de obstáculo eu adaptei com o suporte da GROW em um espelho de tampa cega de caixa 4x2 comum que no caso ficaria do lado de fora da residência ao lado do portão social. O sensor de obstáculo serviria para que o leitor somente chama-se a função de leitura de digitais quando alguém aproxima-se a mão perto. O buzzer emitiria um sinal sonoro quando a digital lida fosse alguma cadastrada.

No módulo interno seria possível visualizar as informações no LCD e entrar nos modos de cadastramento pelos push bottons.

Para o módulo interno eu acomodei em uma caixa de passagem elétrica comum onde fiz abertura para os push bottons e o LCD.

Agora vem a questão chave, para comunicação entre os dois eu quis utilizar um cabo de rede e para que a conexão ficasse prática e funcional eu quis também utilizar conectores keystone fêmea nos dois módulos.

No módulo do leitor biométrico invés de soldar os fios eu resolvi utilizar um conector sindal barra de 3 amperes com quatro conectores para cada fio do leitor biométrico. Do conector sindal para o keystone eu usei fios de cabo de rede comum daqueles mais maleáveis. Usei também fios de cabo de rede para soldar no Buzzer e o sensor de obstáculo.

Do lado do módulo interno eu soldei fios de cabo de rede na placa arduíno e crimprei outro conector keystone femea. Assim dessa forma para instalação na prática ficaria bem mais fácil.

Fiz uma padronização no qual usei o fio marrom para GND e o azul para +5V, outros fios eu usei para comunicação dos dados. No mesmo polo do conector sindal eu derivei os 5V e GND para o buzzer e o sensor de obstáculo.

Em teoria deveria funcionar tudo maravilhosamente bem mas…

Quando fiz o primeiro teste não reconhecia o leitor biométrico, tinha que dar vários reset até o arduino reconhecer o módulo.

Quando reconhecia parecia funcionar tudo bem mas… Notei que o regulador de tensão que alimentava todo o projeto (AMS 1117 5V) estava esquentando muito… sentia isso colocando o dedo em cima e após uns 30 segundos ligado dava pra queimar meu dedo.

Para esse primeiro teste usei um cabo de rede de uns 40 CM no máximo.

O projeto ficou uma merda… pois além de o arduino ter dificuldade em reconhecer o leitor ainda teve esse problema de super aquecimento.

Para quem leu até aqui agradeço e pergunto, onde foi que errei?

1- O regulador de tensão suporta até um 1A , mas todos os componentes ligados a ele não ultrapassam isso. Seria o regulador de tensão inapropriado para esse projeto?

2- O cabo de rede ,mesmo curto, provoca uma queda de tensão muito alta por resistência?

3- Seriam os cabos de rede inapropriado para esse projeto? Ou o conector sindal?

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Respostas a este tópico

Mas qual a alimentação do Arduíno?  12V

RV

Sim estava alimentado com 12v 0.5A na entrada p4 e passando pelos reguladores. 

Vc viu a conta que eu fiz?

O regulador de 5V está sobrecarregado.

Teste com uma fonte de 6V ou  9V e verá a diferença do aquecimento dele.

RV

Entendi o que disse, quanto maior a tensão no regulador maior a carga a ser dissipada pelo mesmo. Eu poderia simplesmente dispensar os reguladores e usar uma fonte chaveada de 5v por 2A, porém o módulo relê que tenho disponível no momento só funciona ligado em 12v. Então qual a solução mais prática ? Substituir o relê por um de 5v ou trocar o regulador de tensão do arduino por outro de maior potência que trabalhe mais leve? Afinal usar duas fontes de alimentação seria um desperdício ao meu ver 

Minha sugestão é usar a fonte de 5V 2A e um  rele de 5V .

O ideal é até usar o módulo de rele.

Rele de 5V:  https://www.filipeflop.com/produto/rele-5v-songle-srd-05vdc-sl-c/

Módulo rele 5V com optoacoplador:

https://www.curtocircuito.com.br/catalog/product/view/_searchanise/...

RV

Certo, entendi corretamente, vou ver como resolvo essa questão da alimentação. Mas e quanto a comunicação a longa distância do leitor biométrico até a placa arduino? Fazendo algumas pesquisas por alto, parece que gera problemas p enviar os sinais em fios muito compridos. Lembrando que o arduino se comunica com leitor via software serial, tem alguma sugestão? 

WD, 

O Arduíno usa a comunicação serial com o protocolo "digital" RS232,
e protocolo "eletrico" TTL.

Encontrei em um site esta informação:


Hardware connection:

Module data transmission feet (2 Foot TD) connected to the data bit machine receiving end (RXD),
data receiver module feet (3 feet RD) connected to the data sender bit machine (TXD).

https://www.zipy.pt/p/ali/dy50-fingerprint-reader-sensor-module-opt...

Ou seja, a maior distancia que vai funcionar é de 3 pés de tamanho(+- 93 cm).

Se quiser usar distancias maiores, terá que usar Cis de conversões.

O RS232 pode estender até 15 m e o RS485 pode chegar à 100 m.

RV

Mineirin 

Muito obrigado pela ajuda até aqui. 

Pesquisei sobre o módulo rs485

Me parece que a solução mais prática seria usar o rs485, pois com ele eu poderia usar cabos de par trançado comuns em detrimento do rs 232 que é um cabo que não se encontra tão fácil e seria mais complicado de adaptar ao projeto fisicamente falando. 

Mas tem um porém, até onde pesquisei eu necessitaria de dois módulos rs 485 um TX e um RX e dois arduinos um do lado do leitor e outro do lado da interface do usuário, mas aí afetaria a topologia no qual estava planejando. 

Seria possível usar dois rs485 sem precisar de dois arduino? Tipo uma ponte direta entre Arduino - - >Rs485(A) -->Rs485(B) --> Leitor biométrico.?? 

WD, na minha opinião a solução mais sensata seria o uso de um arduino mini, 

junto ao sensor biométrico e o rele pode ficar longe do arduino.

Outra solução seria o uso do ESP8266-12E junto ao sensor.

Com ele você atualizaria sua base de dados pela WiFi.

RV

Rv

O problema é que as digitais salvas ficam na memória do próprio leitor biométrico, o arduino apenas "pergunta" ao leitor se a digital lida existe..  Na verdade o arduino serve apenas como interface para o usuário. Essa interface eu gostaria que ficasse do lado de dentro. 

olá Wellington.

      Vi que vc tem conhecimentos de eletrônica,  então isto facilita muito para que eu possa propor uma solução para seu Sistema.

      Elaborei o Sistema baseado no Diagrama que vc postou aqui, e em algumas descrições que vc também postou.

      Os dois pontos fundamentais, são a grande distância entre o Arduino e o Sensor Biométrico (que vc disse precisar de até 50m),  e a distribuição adequada da Alimentação  sem sobrecarregar os dispositivos que fornecem essa alimentação.

      Tendo estes pontos em mente,  segue o Diagrama :   Acesso_Bio_01.pdf

      Este mesmo Diagrama, vc pode ver na figura a seguir:

(clique na figura para "zoom")

      Atente para os seguintes pontos importantes:

      1)  a alimentação do módulo "StepDown" (desses "comuns" com LM2596),  deve ser "puxada" o mais próximo possível do ponto que também alimenta o Arduino.  Ou seja: a linha de 12V e a linha de GND do módulo "StepDown" devem estar conectadas o mais próximo possível do conector de alimentação do Arduino. Mas o comprimento destas linhas é flexível e pode ser até uns 50cm conforme vc precisar.   (mas não "puxe" a linha de GND do módulo "StepDown",  de algum ponto da placa do Arduino!!!)

      2)  acredito que vc saiba, mas vou esclarecer mesmo assim:  o "IN-"  na plaquinha do módulo "StepDown", é o próprio "OUT-" desta mesma plaquinha.  Eles estão interconectados pelo próprio traçado de cobre na plaquinha.  Ou seja:  como o "IN-"  está conectado ao GND da Fonte (e portanto ao GND do Arduino),  então o "OUT-"  também é uma linha de GND.  Porém, observe no Diagrama que o "OUT-"  (linha na cor marrom),  não se conecta  ao GND do Arduino. Isto é para evitar  que a corrente consumida pelo seu Sistema "Remoto" (onde fica o Sensor Biométrico, Buzzer, etc),  use a placa do Arduino como "caminho de retorno".  Em outras palavras:  não interligue a "linha marrom" ao GND do Arduino (em nenhum ponto!). Isso é muito importante, pois o seu "Remoto" estará a uma grande distância.  Siga esta regra e a regra do item "1",  e assim não terá problemas com instantâneos de energia que possam ocorrem devido ao grande comprimento dos cabos.

      3)  a linha de 5V  na cor laranja no Diagrama,  não pode  ser ligada ao Arduino (mas veja que ela alimenta os módulos RS485, e está conectada a alguns sinais nestes módulos).

      4)  todos os 4 pares de fios do CAT5 foram usados.  Veja que procurei usar cores realísticas para os fios do cabo CAT. Use para os sinais, os fios com as cores que eu usei no Diagrama.  Isto é fundamental para que as correntes do RS485  fiquem "confinadas" aos pares trançados "próprios".

      5)  atenção especial aos sinais "A" e "B" dos módulos RS485.  Veja que o sinal "A" de um lado deve ir ao sinal "A" do outro lado.  Se trocar,  os sinais estarão invertidos e não vai funcionar. Basta seguir o Digrama.

      6)  veja que na alimentação do Sistema Remoto,  há um Capacitor Eletrolítico de 1000uF (e 25V)  ligado justamente entre a linha "marrom" e "laranja".  Vc pode também usar valores maiores, como 2200uF,  3300uF, 4700uF.  Atenção à polaridade do eletrolítico.  Não é necessário  usar capacitor cerâmico em paralelo com este eletrolítico,  pois todas as plaquinhas no Remoto já possuem estes capacitores (e com valores adequados).

      7)  ligue os sinais "DE" e "RE" dos módulos RS485, exatamente como mostrado no Diagrama.

      8)  o Capacitor de 470 kpFdeve ser  obrigatoriamente do tipo Cerâmico.

      9)  os diodos 1N4148 (são 6 no total) podem até serem dispensados.  Mas se eu fosse vc, montaria os mesmos.  Eles protegem os pinos correspondentes aos sinais,  contra spikes de alta tensão que aparecem no cabo devido ao grande comprimento destes cabos. Sem eles, em algum momentos o Arduino poderá queimar (ou começar a apresentar mal-funcionamento), o mesmo se aplicando ao sensor de obstáculo.  Para o Buzzer, o Transistor existente na plaquinha,  certamente suportará os skipes, mas se não quiser arriscar, pode ligar dois 1N4148 da mesma forma que está ligado para o sensor de obstáculo.  Atençãonão use  diodos da série 4001 (como 1N4001, 1N4002, ...  1N4007, e por aí vai),  pois estes diodos não são adequados para a função necessária.  E claro: atenção à polaridade desses diodos, conforme indicado no Diagrama.

      10)  não esqueça de ajustar a saída do módulo "StepDown" para obter os 5V  para alimentar os módulos RS485 e o próprio Sistema Remoto.  O ajuste deve ser feito antes  de vc alimentar tudo, e uma boa forma de fazer isso é antes de montar tudo,  ligando apenas o  módulo "StepDown"  à fonte de 12V.  Porém depois que ligar tudo,  pode ser que vc tenha que ajustar para algo ligeiramente acima de 5V (devido ao grande comprimento dos cabos). Mas não ultrapasse os 5.5V  (é preferível fazer este ajuste com o sensor Biométrico operando).

      11)  e finalmente:  não sei qual é o ARM usado neste sensor Biométrico, mas certamente ele é alimentado por 3.3V a partir de algum regulador existente na placa do sensor. Ou seja:  os níveis lógicos para os pinos TX e RX  do Sensor, são relativos a 3.3V.  Normalmente,  os pinos das USARTs dos Processadores ARMsão tolerantes a 5V, e portanto nenhum tratamento "especial" seria necessário.  Mas caso vc descubra que este não é caso do ARM deste sensor, então um Resistor de 1K deve ser ligado entre a saída "RO" do RS485 e a entrada "RX" do sensor Biométrico (ou seja, "em série" com o sinal). Eu acredito que isto não será necessário, devido ao que relatei sobre a tolerância a 5V, mas caso vc não queira se arriscar, acrescente o Resistor.  Já para o sinal "TX",  nenhuma ação é necessária.

      Espero não ter esquecido de nada, e espero ter ajudado.

      Abrçs,

      Elcids

Bom dia caro Elcids, 

Projeto muito bem detalhado! 

Uma sugestão para a queda de tensão de 5V através do cabo CAT5 de 50 metros:

  • Use 12V para enviar tensão para o local remoto e acrescente um modulo step-down nesse local, para regular 5V para a alimentação desse circuito. 

As centrais de Alarme DSC usam essa configuração. 

Abraços 

Gustavo 

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