česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 20. červen 2024

Aplikace systému pro sběr dat: přístupový a docházkový systém

DPS 2/2014 | Články
Autor: Ing. Tomáš Navrátil, Ryston Electronics

Úvod

V předchozích číslech tohoto časopisu byly popsány díly a některé aplikace inteligentního dohledového systému z vývoje firmy Ryston Electronics. Systém je založen na síťové architektuře a IP protokolu a je velmi flexibilní, umožňuje i integraci jednotek od našich partnerů.

První jednotky byly vyvinuty v rámci zakázkového vývoje a technické podpory prodeje součástek jednoho z našich dodavatelů.

Časem se ukázalo, že možnost využití těchto jednotek je daleko širší, než bylo původně zamýšleno.

Síťové jednotky v podobě destiček plošných spojů plochy do 1 dm2 je možno vestavět do různých plastových či kovových krabiček, pozměnit jim nejčastěji jen prezentační vrstvu programu a použít je k jinému účelu. Jednou z těchto nových aplikací je docházkový systém, který využíváme v naší firmě několik let.

Síťové jednotky

Základním kamenem síťové jednotky je mikrokontroler střední výkonové a cenové kategorie PIC18F97J60, který má integrován (kromě řady dalších periferních bloků) blok rozhraní Ethernet. K obvodu je nutno připojit „jen“ vazební izolační transformátor a několik součástek dle katalogového doporučení, naprogramovat vrstvy síťového protokolu, a vznikne „blank“ terminál. Po vyřešení napájení jednotky (je možno volit externí napájení nebo napájení po ethernetovém kabelu (PoE) a připojení vstupních a výstupních obvodů vznikne jednotka schopná na vzdálenost až 300 m od centrálního uzlu (přepínače/routeru) plnit řadu jednoduchých i složitějších autonomních úkolů.

Modifikací linkové vrstvy protokolu je možno použít jeden ethernetový kabel (strukturovaná kabeláž Cat.5 nebo dva kroucené páry vodičů ve sdělovacím kabelu podobné kvality) i pro připojení několika jednotek paralelně, za sebou v konfiguraci Point-to-Multipoint, včetně přívodu napájení. V této konfiguraci je pozměněným protokolem nutno ošetřit možné kolize vysílačů z jednotek, nejčastěji metodou CSMA/CD, tedy před vysláním paketu čekat na klid na lince, detekovat možnou kolizi a v jejím případě ukončit pokus o vysílání, počkat náhodnou dobu a opakovat pokus. Tato metoda vyhovuje, pokud se po vedení přenáší málo dat, jako v našem případě.

Obr. 1 Síťová jednotka s klávesnicí a displejem, terminál docházkového systému

Obr. 1 Síťová jednotka s klávesnicí a displejem, terminál docházkového systému

Běžnější je topologie „hvězda“, tedy pro každou jednotku jeden kabel, bez kolizí, pokud je kabelů dostatek. Kabely i jednotky je možno realizovat i v provedení pro venkovní prostředí, vyšší teploty, vibrace na vozidlech, lékařské aplikace i pro náročné prostředí v dolech, jaderných elektrárnách a podobně.

Typické vstupní a výstupní obvody (alternativně osazované) jsou:

  • Reléové kontaktní výstupy, spínací či přepínací, např. pro 230 V / 8 A, 50 Hz (1 až 4)
  • Optoelektrické pasívní vstupy pro malá napětí a proudy (1 až 2)
  • Detekce přítomnosti napětí 230 V / 50 Hz (1 až 2)
  • Analogový vstup (pasivní) 4 až 20 mA (1 až 2)
  • Analogové signály v rozsahu +/– 1 V
  • Resistivní můstky, např. tenzometrické, s napájením (1 až 2)
  • Čidla teploty s rozlišením 1/16 stupně Celsia (1 až 32)
  • Čidla na sběrnici „One-Wire“ – kabelu délky až 30 m – obvody Maxim-Dallas (1 až 32)
  • Čidlo zaplavení vodou s rozpoznáním místa záplavy
  • Tlačítka nebo maticová klávesnice
  • LCD znakový modul se zobrazením až 4 × 20 znaků
  • RFID čtecí obvod a další

Autonomie síťových jednotek

Síťové jednotky mohou pracovat buď v pasívním, nebo aktivním režimu.

V pasívním režimu jednotky čekají na povel a samostatně nezahajují komunikaci a neprovádějí žádnou složitější činnost než odpovídat na došlé dotazy a plnit povely od nadřazeného systému. Pro komfort uživatele nabízejí jednoduchou www stránku s naposledy pořízenými informacemi nebo nejvýš s jejich frontou (bufferem) zobrazující časový průběh veličiny až do současnosti. K dispozici jsou „klikací buttony“ pro zapínání a vypínání výstupů (relé) či vložení číselné hodnoty do výstupu či portu. V tomto režimu jednotky například umožňují dálkové ovládání spotřebičů nebo řízení jednotlivých svítidel v rozlehlém sále přes inter/intranet.

V aktivním režimu mají jednotky svou vlastní aktivitu, kdy například opakovaně v nastavených časech provádějí A/D převody, čtení hodnot z čidel, zápisy do výstupů (spínání relé), a dokonce samostatné řídicí zásahy na základě naprogramovaného skriptu. Jazyk skriptu je podobný jazyku C, s předdefinovanými proměnnými, jednoduchou celočíselnou, resp. desetinnou, aritmetikou a větvením programu (if-then-else) a podprogramy a funkcemi. Skript je možno opakovaně spouštět v naprogramovaných časech, např. každou sekundu, kdy také dochází k aktualizaci teplotních čidel, nebo pomaleji (každou minutu) či co nejrychleji, jak to stíhá procesor (zhruba 50× za sekundu, ale s různými prodlevami a pomlkami způsobenými činností s vyšší prioritou (přerušení, komunikace). Obsluha klávesnice a displeje je prioritní, aby měl uživatel dojem svižnosti. Rovněž obsluha čtečky RFID má prioritu (čekání na přítomnost tagu v blízkém poli), aby náhodou nějaký neunikl.

Obr. 2 Terminál se čtečkou RFID a ovladačem elektrického zámku

Obr. 2 Terminál se čtečkou RFID a ovladačem elektrického zámku

Centrální část

Centrální jednotkou realizující fyzické připojení síťových jednotek je buď běžný, nebo specializovaný přepínač/router s případným injektorem napájení do jednotlivých vedení k síťovým jednotkám. Toto napájení může být buď podle normy IEEE 802.11af/at (toto je „správné“ PoE), anebo zjednodušené podle vzoru asijských výrobců, prostě ke středům vinutí připojený zdroj napětí 12 až 36 V (podle spotřeby a podle odporu vodičů v kabelu). V námi vyvinutém routeru je možno použít oba způsoby, vedení je jištěno proti nadproudu vratnou pojistkou. Pokud není žádáno zpracování dat, centrální jednotka se chová jako obyčejný switch či router, používaný pro běžné připojení k internetu přes WAN. Centrální jednotka Ryston však umožňuje zpracování, slučování a synchronizaci vyčtených dat ze síťových jednotek, jejich uložení na flash disku, přeposlání na vyžádání, statistiku, filtraci a další úpravy podle programovaných pravidel a sekvencí. Samotný router má svoji webovou stránku pro získávání dat a přehledů a též umožňuje ovládání a přístup k datům přes USB rozhraní. V routeru běží operační systém Linux, který byl vylepšen pro práci v reálném čase. Router vypadá jako plochá jednotka do 19" stojanu nebo pro montáž na DIN lištu.

Aplikace: docházkový systém

Takříkajíc vedlejším efektem vývoje byl systém pro evidenci příchodů a odchodů osob. Po úpravě prezentační vrstvy (dialog s procházející osobou) byla jako terminál u dvou vchodů použita síťová jednotka se čtečkou RFID, klávesnicí a displejem. Systém je samozřejmě propojen do firemního informačního systému, do serveru umístěného v zabezpečené místnosti včetně napáječů. Server dostane zprávu o přečteném tagu, vyhledá ho v databázi a přiřadí k němu jméno osoby a její oprávnění, na jejichž základě pošle povel do terminálu.

Displej při odchodu informuje o počtu ještě přítomných osob a upozorňuje na nutnost kontroly a zabezpečení objektu, rozlišuje důvod odchodu (pro spolupráci s propojeným programem Docházka podle pracovněprávních předpisů) a umožňuje například upozornění některého přítomného pracovníka, že přišel jeho kolega, pomocí e-mailu nebo sms.

Nepoužitými vodiči kabelu je přivedeno ovládací napětí pro zámek a terminál umožňuje sekvenční otevírání dvou dveří a kontrolu jejich opětovného zavření.

Asi jediné, co systém neumožňuje, je přenos hlasu a obrazu. To je možno napravit spoluprací se systémem videovrátníků vyráběných firmou 2N Telekomunikace, na jejichž vývoji se firma Ryston podílela.

Zrání systému

Znovu se ukázalo, že život je mnohem barvitější a komplikovanější než nějaký algoritmus naprogramovaný od stolu. Museli jsme vyřešit spoustu singularit chování systému, problémů s administrací osob a tagů, ztrát, nových pracovníků a také nesoulad fyzické přítomnosti v budově s „prací a mzdou“, jako jsou obědy, odchody na cigárko, půl dne dovolené, zapomenutí si odpíchnout při rychlém odchodu z práce, neplacenou výuku angličtiny v budově, nulování počtu přítomných, kteří se zapomněli odhlásit atd.

Proto má každý pracovník na svém počítači ještě virtuální terminál, kde může rovněž provádět virtuální příchody a odchody. A nadto je tu ještě supervizor s „božskými“ právy.

Skupinové příchody vedou k zahlcení systému a dlouhému čekání v recepci, což způsobuje jisté reptání, které se doneslo až ke sluchu vývojového týmu. Proto zvažujeme aktualizaci softwaru v serveru docházky s nastavením nejpravděpodobnějšího důvodu příchodu a odchodu (např. po služebním odchodu asi následuje služební příchod). V tom případě se jenom protáhne tag přes terminál a nebude nutno tisknout tlačítko.

Systém jsme dále rozšířili o elektronické zámky u vstupu do prostor, které si zasluhují zvýšenou bezpečnost (účtárna, serverová místnost, chodba z recepce do vnitřních prostor). Systém kromě odemykání příslušných dveří oprávněným uživatelům ještě ukládá záznam o tom, kdo tam vstoupil.

Ale opět, nic není dokonalé a všechny dveře jsou pro jistotu vybaveny klasickými fabkami.

Závěr: A co dál?

Úpravy systému a jeho programů si vyžádaly tolik lidského času, že možná máme v Rystonu nejdražší docházkový systém na světě. I když vlastně nevím, kolik zabezpečení stojí jinde. Máme však také vyvinutou stabilní aplikaci a spolehlivý systém, pro nějž se časem jistě najde další uplatnění, jako už několikrát.