Dans cet article nous commençons
la présentation d’un système d’identification personnelle fondée sur la
reconnaissance des empreintes digitales, en partant du clavier de
contrôle à distance de toutes les fonctions. L’ensemble permettra
d’acquérir et de comparer les empreintes des personnes touchant le
senseur placé sur l’unité de base également décrite dans ce numéro.
La
biométrie, science relativement neuve, a ouvert de nouveaux horizons
dans le domaine de la sécurité et de l’automatisation des procédures
d’identification, permettant ainsi de réaliser de nombreuses applications jusqu’ici impensables.
D’ici
peu, on sera en mesure de substituer aux divers systèmes de contrôle
d’accès, des appareils basés sur un senseur biométrique, c’est-à-dire un
dispositif capable de repérer une caractéristique précise d’une
personne afin de l’identifier.
Pour preuve de ce que nous venons de dire, le projet en trois parties que nous commençons à décrire dans cet article.
Il
s’agit d’une unité “intelligente” d’acquisition et de comparaison des
empreintes digitales, composée de trois dispositifs distincts dont le
coeur est l’unité centrale d’élaboration.
C’est une platine basée sur
un microcontrôleur capable de lire les données relevées sur le senseur
biométrique. Un clavier de commande à distance, via radio, mis à la
disposition, par exemple, du responsable de la sécurité, du gardien,
etc.
Un PC (optionnel) avec son logiciel de mémorisation des diverses opérations confiées à l’unité centrale.
C’est donc un système professionnel pouvant servir à ouvrir des portes électriques aux personnes autorisées.
Dans cette première partie nous
décrivons l’unité de gestion à distance du système, c’est-à-dire le
clavier grâce auquel un opérateur peut commander l’acquisition de
l’empreinte de la personne touchant le senseur, vérifier qu’elle
correspond bien à celle de la personne censée être là, ou introduire le
code d’identification de la personne si, pour un quelconque motif
(exemple : avarie du senseur), son empreinte n’est pas reconnue ou si
elle est dans l’impossibilité de poser le doigt sur la fenêtre du
senseur.
Dans ce cas, si le gardien connaît la personne, il peut la
laisser passer en envoyant au système central (par la télécommande à
clavier) son code d’identification ou alors le numéro sous lequel son
empreinte a été mémorisée auparavant.
Avant d’entrer dans le vif du sujet, voyons sommairement ce qu’est la biométrie en nous
référant, en particulier, aux empreintes digitales. On a fait des pas
de géant dans le domaine de leur identification et le résultat de leur
analyse est désormais pratiquement certain. En effet, la structure du
bout du doigt (dessous de la première phalange, la pulpe) reste toujours
la même au fil des années. Les empreintes ont toujours été la méthode
la plus utilisée pour relever la présence ou le passage d’une personne
et pour l’identifier avec certitude (on pense aux enquêtes de police !).
A
ce propos, on relira avec intérêt, dans ELM 23, page 52 et suivantes,
l’article intitulé “Petit tour d’horizon sur la biométrie en général et
sur l’analyse des empreintes digitales en particulier” et dans ELM 24,
page 60 et suivantes, l’article intitulé “Un système d’analyse laser
pour empreintes digitales”.
Donc, en ce qui concerne les empreintes
digitales, on trouve depuis quelques années dans le commerce des
senseurs et des interfaces permettant d’acquérir des images par la
technique du scanner à diode laser mais aussi par celle de la variation de capacité (identificateurs sur surface sensible à matrice capacitive).
Le dispositif que nous
vous proposons de construire est un système complet de reconnaissance
des empreintes digitales, utilisable pour ouvrir des accès contrôlés et
donner ou mémoriser des signaux d’identification.
Ce système comporte une unité d’élaboration et un senseur d’empreinte (scanner à LED) que nous analysons dans la deuxième partie
de la série d’articles de ce numéro d’ELM consacré à la biométrie,
ainsi qu’une télécommande à clavier faisant l’objet du présent article.
Introduction à la biométrie
Figure 1 : Introduction à la biométrie.
La biométrie est la partie ô combien passionnante de la science s’occupant de mesurer et de comparer les paramètres caractéristiques d’un individu.
Quatre d’entre eux sont pris en considération : la voix, les empreintes digitales, l’iris (partie colorée de l’oeil) et les traits du visage.
A cause de la complexité
des analyses et des appareils requis pour les effectuer, les deux
derniers paramètres sont encore peu considérés. En revanche,
l’identification de la voix et des empreintes digitales trouve désormais
un large emploi. Divers constructeurs se sont spécialisés dans la reconnaissance de la voix et nous-mêmes nous en avons déjà proposé des applications.
Actuellement
c’est surtout l’identification des empreintes digitales qui tient le
haut du pavé, peut-être parce que c’est le paramètre le plus ancien,
déjà utilisé avant que l’ordinateur et les senseurs n’existent. Vous
savez tous (grâce aux polars et à la télé), que les empreintes
digitales, laissées par le sébum recouvrant la pulpe des doigts sur les
objets que nous touchons, sont très utiles aux enquêteurs de la police
et ont valeur de preuve de la présence d’une personne en un lieu où
s’est produit un crime ou un délit.
La récente disponibilité des senseurs capables
de lire les empreintes digitales et des interfaces en mesure de les
mémoriser et de les comparer, a rendu et rendra possibles des applications auxquelles on n’aurait pas osé songer jusqu’ici.
Il
s’agit d’identifier les personnes, non seulement dans un contexte
judiciaire mais encore et surtout pour remplacer les traditionnels
systèmes d’accès (badges,
transpondeurs, cartes à puce) dans les services où un contrôle de
sécurité rigoureux est nécessaire : opérations bancaires et retrait
d’argent, accès à des prestations de santé, à des habitations privées ou
autres locaux sous surveillance.
Le principe de la télécommande à clavier
Cette télécommande à clavier (figure 5) permet de commander, sur l’unité de base, trois fonctions principales.
La première ajoute l’empreinte digitale de la personne qui touche la surface du senseur à la liste de celles déjà mémorisées.
La
seconde supprime une empreinte de la liste, par exemple lorsqu’une
personne ne doit plus accéder à un local protégé ou simplement quand, la
personne n’étant plus présente (par exemple dans l’entreprise), il n’y a
plus de raison de traiter ni de conserver ses caractéristiques
biométriques.
La troisième est de permettre le passage d’une personne
dont l’identité est connue, même quand le lecteur (senseur) est en
panne ou bien lorsque cette personne est dans l’impossibilité matérielle
de placer son doigt sur ledit lecteur.
Le système est tel que les
actions sur l’unité centrale arrivent par radio de manière
unidirectionnelle, de la télécommande à clavier (émetteur) vers l’unité
centrale (récepteur).
Cette liaison radio à distance est en UHF sur
la fréquence de 433,92 MHz, bien connue de nos plus fidèles lecteurs (et
des usagers des modules AUREL… mais ce sont les mêmes, n’est-ce pas ?).
La portée est d’une dizaine de mètres maximum.
Par
exemple, le clavier de contrôle à distance peut être placé dans le
local du gardien alors que le senseur et l’unité d’élaboration se
trouvent devant la porte d’entrée du local contrôlé ou à l’entrée de la
société.
L’autonomie complète de la télécommande à clavier, qui peut
fonctionner sur la batterie rechargeable dont elle est pourvue, permet
aussi de la porter sur soi à proximité immédiate du passage à contrôler, chaque fois que l’on a à acquérir, comparer ou effacer une empreinte.
Figure 2 : Le clavier à membrane occupe toute la surface du couvercle du boîtier.
Figure 3 : Organigramme du microcontrôleur MF377 programmé en usine.
Le schéma électrique de la télécommande à clavier
Etudions maintenant la conception et le fonctionnement de ce périphérique en nous
reportant au schéma électrique de la figure 4. Le circuit est
relativement simple et la gestion complète du système est confiée au
microcontrôleur U2. En dehors de celui-ci, on trouve le clavier à
matrice et un émetteur radio. Le circuit intégré U3 est un élévateur de
tension permettant d’obtenir le 12 V nécessaire pour une puissance
d’émission convenable de U4 (le module HF).
U2, un microcontrôleur,
référencé MF377, est vraiment le sous-ensemble le plus important.
L’organigramme du programme qu’il porte est donné en figure 3. Il a été
programmé en usine pour lire le clavier à matrice à membrane (touches
sensitives étanches), déchiffrer les diverses touches de commande et
transmettre vers la centrale le code contenant la commande que celle-là
devra exécuter. En outre, le microcontrôleur produit des signaux
acoustiques pour aider l’usager dans la “frappe” des codes et des
commandes.
Après la mise sous tension et le RESET initial, le
microcontrôleur initialise les I/O et paramètre les lignes RA3, RB4,
RB5, RB6 et RB7 comme sorties alors que RA4 l’est comme entrée. RA0, RA1
et RA2, en revanche, sont des entrées à résistances de “pull-up” alors
que RB0, RB1, RB2 et RB3 sont des sorties.
Pour la lecture du clavier
on a programmé une “routine” permettant l’activation cyclique de toutes
les lignes RB0, RB1, RB2 et RB3 par séquence et l’analyse des niveaux
logiques sur RA0, RA1 et RA2. Si une touche est pressée, une de ces
dernières portes reçoit le niveau logique 0. Par exemple si, au moment
où RB1 (alignement 2*) est au niveau logique 0, le microcontrôleur lit
le même niveau logique sur la broche 18 (colonne centrale*) cela
signifie que la touche située au croisement de l’alignement 2 et de la
colonne 2, c’est-à-dire la touche 5, a été pressée.
La broche 10 commande une diode LED DL1 alors que la broche 2 active le buzzer BZ1 à travers le transistor T1.
RB6 et RB7 s’occupent, quant à eux, de gérer le module émetteur HF U4 : RB6 contrôle la broche d’activation du module hybride.
En effet U4 est normalement en “stand-by” (en attente) et il ne consomme pratiquement aucun courant.
Lorsqu’il
doit transmettre des données (passer en émission donc), on impose un
niveau logique 1 à la broche 2 et l’oscillateur se met en marche : c’est
alors seulement que l’on peut moduler l’entrée DATA IN (broche 4) et
que le signal HF est émis par l’antenne.
L’alimentation de l’appareil
est confiée à une batterie rechargeable tampon (permettant d’utiliser
la télécommande à clavier partout de manière autonome) maintenue chargée
par une alimentation externe connectée aux points “VAL” (voir schéma
figure 4).
Le pont redresseur permet d’appliquer indifféremment une
tension continue de 15 à 18 Vcc ou alternative de 12 à 15 Veff. Dans le
premier cas, l’avantage est de pouvoir brancher l’alimentation sans
souci de polarité. La tension aux bornes de la batterie (toujours
présente, même si on débranche la télécommande à clavier pour l’utiliser
sans fil) alimente directement le buzzer BZ1 alors que le régulateur U1
7805 donne le 5 V stabilisé servant à alimenter le microcontrôleur
ainsi que le circuit hybride émetteur U4, sauf que ce dernier reçoit en
réalité 12 V.
Comment cela se fait-il ? Eh bien c’est facile : la
broche 1 de U4 reçoit une tension élevée de 5 à 12 V par le circuit
intégré élévateur de tension U3 (MAX662A de MAXIM). Celui-ci emploie le
procédé de charge de condensateurs et n’a besoin que de deux
condensateurs externes C6 et C7. De plus il présente une particularité
notable : quand il est alimenté, il peut rester en attente, sans
produire aucun signal en sortie ; il ne commence à donner le 12 V que
lorsque sa broche 8 (SHDN) passe au niveau logique 0.
Figure 4 : Schéma électrique de la télécommande à clavier.
Les fonctions du clavier
Figure 5 : Les fonctions du clavier.
La télécommande à clavier présentée dans cet article fait exécuter à l’unité centrale trois opérations :
- l’acquisition de l’empreinte du doigt appuyé sur le senseur,
-
l’effacement d’une empreinte dans la mémoire du système et
l’habilitation, c’est-à-dire laisser la voie libre à une personne dont
on connaît l’identité,
- le numéro d’identification, quand il n’est pas possible de comparer son empreinte.
La
structure des fonctions implique que chacune d’elles soit définie par
une touche de fonction, associée à un nombre et validée avec ENTER.
En particulier :
L’acquisition
est la phase par laquelle une empreinte relevée par le senseur de
l’unité centrale est inscrite dans la mémoire du système.
Pour la mettre en fonction, il faut respecter la séquence, c’est-à-dire appuyer sur la touche F1 (ADD).
Il faut évidemment spécifier le nombre (à 4 chiffres) par lequel identifier l’empreinte.
Cette
identification par un nombre sert à accomplir ensuite toute autre
opération sur l’empreinte, par exemple son retrait (REMOVE) de la
mémoire.
Elle permet aussi d’enregistrer le passage d’une personne
reconnue par l’opérateur, lorsque pour une raison quelconque il n’est
pas possible de relever son empreinte.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F1 + ID + ENTER.
L’effacement est la fonction qui permet d’effacer l’empreinte indiquée par son numéro à 4 chiffres d’identification.
La
fonction REMOVE est associée à la touche F2, alors que le numéro d’ID
est celui de la position dans laquelle l’empreinte a été mémorisée.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F2 + ID + ENTER.
Le
passage est l’option permettant d’enregistrer le passage d’une personne
ou bien de lui laisser la voie libre (PASS) même si le senseur (à cause
d’une avarie ou autre) ne reconnaît pas son empreinte et si toutefois,
bien sûr, le gardien qui la reconnaît a de bonnes raisons de la laisser
passer : dans ce cas l’opérateur n’a qu’à frapper le numéro
d’identification utilisé précédemment pour mémoriser l’empreinte de
cette personne.
La syntaxe est la suivante :
SHIFT + F3 + ID + ENTER.
Les fonctions de contrôle
Examinons maintenant les fonctions accessibles au moyen du clavier.
Après
une période d’inactivité (aucune touche pressée), ce sous-ensemble
passe au repos : toutes les touches sont alors inactives sauf une, bien
sûr.
Pour rendre à nouveau le clavier actif, il faut appuyer sur
ENTER (entrée) pendant au moins 3 secondes. Le “réveil” du clavier se
manifeste par deux brèves notes aiguës du buzzer.
L’unité est opérationnelle et elle peut à nouveau contrôler à distance la centrale pour effectuer les différentes fonctions.
Respectez bien l’ordre : SHIFT+FONCTION+ID+ENTER qui constitue la syntaxe correcte d’utilisation du clavier (voir figure 5).
Le montage et le réglage
Le montage du circuit est vraiment très simple et il est à la portée de tous.
Procurez-vous
ou réalisez d’abord le circuit imprimé par photogravure en photocopiant
le dessin à l’échelle 1 de la face cuivrée (figure 8) sur transparent,
pour la méthode classique, ou sur PnP-blue (relire ELM 26, page 59 et
suivante, l’article intitulé “Comment fabriquer vos circuits imprimés
facilement ?”) si vous utilisez cette nouvelle méthode (voir les
publicités des annonceurs).
En vous aidant du schéma d’implantation
des composants de la figure 6 et de la photo du montage de la figure 7,
commencez le montage par l’insertion des composants au profil le plus
bas : la diode D1 (en respectant la polarité : bague vers la gauche,
soit C1 et C2), les résistances, les deux supports à 18 et 8 broches.
Ensuite
insérez et soudez le pont redresseur PT1 (en respectant la polarité :
“+” vers BZ1, “–” vers le repère détrompeur de U2), le buzzer BZ1 (le
“+” vers le connecteur plug VAL), le quartz Q1 et les condensateurs (en
respectant la polarité des électrolytiques C1, C2 et C8).
Le régulateur de tension U1 est monté à plat et fixé au circuit imprimé à l’aide d’un petit boulon M3.
Le
module hybride HF AUREL U4 ne peut être inséré dans les trous du
circuit imprimé que d’une seule manière (la bonne !) : côté composants
tourné vers l’extérieur de la platine (figure 7).
Quand vous souderez les pattes de ce dernier, évitez un échauffement excessif.
La
connexion avec le clavier à membrane est dévolue à un connecteur mâle
de type “pin-strip” dont les 7 pôles seront soudés près des 3
résistances R7, R8 et R9 (figures 6 et 7).
La prise femelle placée près du pont PT1 accueille la fiche de l’alimentation extérieure.
Pour
la batterie, type 6F22 rechargeable, 9 V, soudez les deux fils de la
prise de pile aux trous “+” et “–” BAT (rouge au “+” et noir au “–”
évidemment !). Voir figures 9 et 6.
Vous pouvez enfin insérer les
deux circuits intégrés U2 et U3 dans leurs supports avec leurs repères
détrompeurs orientés respectivement vers PT1 et R6, soit pour les deux
vers l’intérieur de la platine.
Connectez une batterie rechargeable
de 9 V 6F22 sur son clip et une alimentation secteur monobloc (voir
photo de première page) sur la prise “VAL”.
Vérifiez que la LED émet bien de brefs éclairs : cela signifie que le microcontrôleur “tourne” correctement.
Maintenez appuyée 3 secondes la touche ENTER (le buzzer fera entendre une brève note).
Frappez
une séquence de commande (figure 5) et contrôlez, à l’aide d’un
multimètre, que l’élévateur de tension U3 fournit bien le 12 V sur la
broche 6.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la télécommande à clavier.
Figure 7 : Photo d’un de nos prototypes de télécommande à clavier, platine seule non encore connectée au clavier à membrane.
Figure 8 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé côté cuivre.
Liste des composants
R1 = 150 Ω
R2 = 10 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 1 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
C6 = 220 nF polyester pas 5 mm
C7 = 220 nF polyester pas 5 mm
C8 = 4,7 μF 16 V électrolytique
U1 = Régulateur 7805
U2 = μContrôleur MF377
U3 = Intégré MAX662
U4 = Module Aurel TXDFM
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
LD1 = LED rouge 5 mm
BZ1 = Buzzer pour ci sans électronique
PT1 = Pont redresseur 1 A
D1 = Diode 1N4002
S1 = Micro-interrupteur pour ci
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 9 broches
7 Supports en bande sécable
1 Prise alim. pour ci
1 Boulon 3 MA pour régulateur
1 Boîtier TEKO 880 BSW
1 Prise pile 9 V
1 Clavier à membrane à matrice 12 touches
Figure
9 : Disposition de la platine principale de la télécommande à clavier
dans le boîtier plastique TEKO 880 doté d’un emplacement pour la
batterie rechargeable 9 V 6F22. La platine est à fixer au fond du
boîtier à l’aide de 4 vis auto-taraudeuses.
Figure
10 : La liaison entre le clavier à membrane et la platine principale
est dévolue à une nappe de fils. Le boîtier TEKO est déjà pourvu d’une
fente pour le passage de la nappe. Il suffit d’ôter la pellicule
plastique au dos du clavier et d’appliquer la membrane sur le couvercle
du boîtier après avoir enfilé la nappe dans la fente. Soudez les fils
rouge “+” et noir “–” de la prise de pile dans les trous “+” et “–” BAT
de la platine et clipsez la prise sur la batterie rechargeable.
Connectez la nappe à la platine à l’aide du connecteur femelle déjà
serti et du connecteur mâle que vous avez soudé sur le circuit imprimé.
Figure 3 : Prestations du système de contrôle d’accès biométrique
C’est un système autonome d’analyse biométrique destiné aux applications de contrôle d’accès.
Il
est constitué de deux unités distinctes : un clavier radio permettant
une commande à distance et l’unité de base autonome mémorisant et
comparant les empreintes.
Un ordinateur avec un programme spécialisé peut lui être adjoint pour obtenir des fonctions supplémentaires.
La télécommande à clavier (figure 1)
Elle
permet d’envoyer trois commandes distinctes (mémorisation de
l’empreinte, retrait de l’empreinte, comparaison virtuelle de
l’empreinte associées au numéro d’ID identification).
Alimentation : 12 Vcc
Batterie rechargeable en tampon : 9 V type 6F22
L’unité de base (figure 8)
Capacité de 640 empreintes,
Temps de vérification < 1 seconde,
Section radio-réceptrice à quartz à 433,92 MHz,
Interface
usager par deux LED Entrée pour “TAMPER” externe Entrée pour
configuration du senseur Reconnaissance de la présence du doigt au moyen
du détecteur de proximité,
Sortie relais pour reconnaissance vérifiée (TRUE)
Sortie relais pour reconnaissance non vérifiée (FALSE)
Ligne sérielle RS232
Alimentation : 12 Vcc
Courant maximum : 500 mA.
Le schéma électrique de la centrale de contrôle
Avant
d’entrer dans le vif du schéma électrique, voyons quelques
particularités de la platine. La détection de la présence du doigt est
confiée à un circuit intégré spécifique permettant de transformer un morceau de métal en un senseur de proximité : par exemple une plaque de métal sur le sol ou près du scanner
ou le boîtier métallique de ce dernier, etc. Les sorties disponibles
sont constituées par deux relais. En cas de reconnaissance correcte, le
relais “TRUE” s’active pour 1 à 10 secondes en fonction du réglage du
trimmer R19 (schéma, figure 4, au centre). Si la reconnaissance n’a pas
lieu, c’est le relais “FALSE” qui s’active pour 3 secondes. Le contact “TAMPER” permet, s’il est ouvert, de bloquer tout le système.
Le
circuit est fondé sur le microcontrôleur référencé MF376, programmé en
usine, en interface avec le récepteur radio FM pour données numériques
(U6, module hybride AUREL monté verticalement sur la platine principale,
voir figure 8), deux relais pour la commande des utilisateurs, un
buzzer, un double convertisseur TTL/RS232-C bidirectionnel et un
détecteur de proximité.
Nous l’avons dit, les identifications des empreintes sont des ID à quatre chiffres.
Les
données sont lues, inscrites et effacées dans la mémoire Flash du
module FINGERPRINT où elles résident… et non pas dans le
microcontrôleur.
Chaque opération menée à bien se conclut par
l’activation du relais 1 et la production par le microcontrôleur d’un
flux de données sérielles sur la ligne (RB3) correspondant à sa broche
24. Le flux de données contient des informations sur le numéro d’ID de
l’empreinte reconnue ou bien sur l’ID introduite en cas de procédure de
passage sans reconnaissance d’empreinte (voir première partie). Pour
être tout à fait exact, le format est le suivant : un premier byte de
démarrage (HEADER) plus un second byte avec le numéro de l’unité dont il
provient, 4 bytes contenant les chiffres de l’ID de l’empreinte et un
septième byte contenant la “checksum” trouvée dans les six premiers.
A
propos du second byte, ouvrons une parenthèse : la possibilité nous est
offerte de discriminer jusqu’à quatre unités d’identification afin de
pouvoir, avec un seul ordinateur, gérer plusieurs points d’accès. Dans
le cas où l’on voudrait installer plusieurs unités de base, il va sans
dire que les messages des diverses provenances doivent demeurer
distincts et c’est pourquoi le flux émis par chaque centrale vers
l’ordinateur contient son propre numéro d’unité (sa “signature”).
Ce
numéro signant la centrale, c’est-à-dire l’accès, est codifié à l’aide
des micro-interrupteurs DS1 (CODE) : on peut choisir quatre combinaisons
maximum, donnant quatre codes adressables avec les autres informations.
Revenons au circuit (figure 4).
Nous
voyons que l’interface sérielle RS232-C est double : tout tient dans un
circuit intégré MAX232 gérant deux drivers et deux récepteurs (la
section de conversion TTL/RS232-C est alimentée par les convertisseurs
continu/continu internes avec l’aide des condensateurs C9, C11, C12 et
C13) utilisés d’une part pour faire dialoguer le microcontrôleur et
l’ordinateur et, d’autre part, pour gérer le senseur d’empreinte.
Il
est intéressant de noter que la section TX/RX destinée à l’ordinateur
n’est utilisée en mode bidirectionnel que dans la modalité “CONFIG”,
alors qu’en usage normal seul l’envoi de flux d’informations vers
l’ordinateur est prévu.
Figure 4 : Schéma électrique de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Le lecteur optique (Optical Reader)
Figure 5 : Le lecteur optique (Optical Reader).
Scanner optique Polaroïd pour l’acquisition des empreintes digitales.
Résolution : 450 dpi
Aire de balayage : 13 x 16 mm
Dimensions : 21 x 31 x 59 mm
Poids : 28 g
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Source lumineuse : rouge
Alimentation : 5 Vcc ± 10 %
Courant maximum : 110 mA
La carte de traitement (Processing Board)
Figure 6 : La carte de traitement (Processing Board).
Unité
d’élaboration des empreintes digitales. L’algorithme de comparaison est
associé à une CPU RISC à 32 bits (INTEL StrongARM) alors que la
mémorisation des empreintes est confiée à deux mémoires Flash V2540.
Temps de vérification : < 1 seconde
Capacité : 640 empreintes
Dimensions : 43 x 93 x 1,6 mm
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Alimentation : 5 V ± 10 %
Courant maximum : 330 mA
Test de vibrations : 3,2 G RMS.
Le senseur ou lecteur d’empreinte
Avant
d’étudier le reste de la centrale, arrêtons-nous quelques instants sur
le senseur utilisé pour lire les empreintes digitales.
C’est un
produit de haute fiabilité utilisant la technique optique et disposant
d’un petit scanner à LED capable d’analyser et de faire échantillonner
par le reste du matériel, des images extrêmement précises.
L’algorithme
compense les diverses imprécisions dues au fait qu’une personne ne
place pas toujours son doigt de manière absolument identique à celle de
la mémorisation initiale. On considère en outre que les dimensions
réduites de la fenêtre du scanner ne permettent pas de contenir la
totalité de l’empreinte mais seulement une partie. Donc, quand on doit
comparer l’image acquise actuellement avec celle déjà mémorisée, le
programme de gestion utilise la correspondance d’un certain nombre de
points. Le système optique Polaroïd permet aussi d’ignorer les effets
d’une faible quantité de salissure due au sébum de la pulpe du doigt sur
la vitre du scanneur. Les divers encadrés de cet article donnent les
principales caractéristiques du lecteur optique ainsi que du module
FINGERPRINT.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants de la centrale d’accès biométrique.
Figure 8 : Photo de l’un des prototypes de la platine de l’unité de base complète.
Il
est important de monter en premier les composants (module exclu) de la
platine de base, de l’alimenter et de vérifier avec un multimètre les
tensions d’alimentation.
Ensuite, insérez les circuits intégrés dans
leurs supports en respectant l’orientation de leurs repère-détrompeurs
et connectez une prise mâle aux points “+” et “– Vaux” en contrôlant
avec le multimètre que le +5 V est au centre de la prise et la masse sur
le côté. Enfin, montez le module et alimentez-le.
Figure 9 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 à R6 = 10 kΩ
R7 = 1 MΩ
R8 = 10 kΩ
R9-R10 = 470 Ω
R11-R12 = 4,7 kΩ
R13 = 47 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 47 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ trimmer multitour
R19 = 4,7 kΩ trimmer
R20-R21 = 10 kΩ
C1 = 470 μF 35 électrolytique
C2 = 220 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 10 nF polyester
C7-C8 = 22 pF céramique
C9 = 10 μF 63 V électrolytique
C10 = 100 nF multicouche
C11 à C13 = 10 μF 63 V électrolytique
C14 = 100 nF polyester
C15-C16 = 100 μF 25 V électrolytique
C17-C18 = 100 nF multicouche
U1-U2 = Régulateur 7805
U3 = Intégré QT110
U4 = μContrôleur MF376
U5 = Intégré MAX232
U6 = Module AUREL RXDFM
D1 = Diode 1N5408
D2-D3 = Diode 1N4007
T1à T3 = NPN BC547
LD1 = LED verte
LD2 = LED jaune
LD3-LD4 = LED rouges
Q1 = Quartz 20 MHz
BZ1 = Buzzer sans électronique
RL1-RL2 = relais min. 12 V 1 RT pour ci
DS1 = Dip-switch 2 micro-inter.
Divers :
1 Module FINGERPRINT
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 8 broches
1 Support 2 x 14 broches
6 Borniers 2 pôles
3 Borniers 23 pôles
1 Connecteur DB9 femelle
1 Radiateur ML26
1 Radiateur ML33
2 Isolants silicone TO220
2 Boulons 3MA x 15
4 Entretoises nylon hexag. 8 mm
4 Ecrous nylon
4 Entretoises adhésives nylon 10 mm
2 Broches en bande sécable
1 Coupe 17 cm fil cuivre émaillé 12/10
Figure 10 : Récapitulation du fonctionnement
Première mise en marche
Le
buzzer émet un bip pendant 2 secondes et en même temps les LED rouge,
verte et jaune s’allument alors qu’un balayage a lieu (le scanner lit
l’empreinte). Si l’entrée “TAMPER” est ouverte, le système est bloqué et
la LED rouge est allumée. Si l’entrée “TAMPER” est fermée, le système
est opérationnel et les LED rouge et verte sont éteintes.
Fonctionnement normal
Si
l’on approche le doigt du détecteur de proximité, un balayage a lieu.
Si l’empreinte coïncide avec une empreinte disponible en mémoire, le
système émet un bip, la LED verte s’allume, le relais “TRUE” est activé
pendant 1 ÷ 10 secondes (selon le réglage du trimmer R19) et un flux de
données sérielles contenant l’ID de l’empreinte est émis. Si l’empreinte
n’est pas disponible en mémoire, le système n’émet aucun signal
acoustique, la LED rouge s’allume, le relais “FALSE” est activé pour 3
secondes et un flux de données sérielles avec un ID à 9999 est émis.
Mémorisation d’une empreinte
Activez
la télécommande à clavier en appuyant sur la touche “ENTER” pendant 3
secondes : un bip long est émis. Appuyez sur “SHIFT” puis sur “F1” puis
sur l’ID que l’on veut attribuer à l’empreinte (de 0001 à 0640) puis sur
“ENTER”. L’unité de base allume la LED verte.
Un bip est émis et le
premier balayage commence : placez le doigt dans la fenêtre jusqu’à ce
qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt. Après 3 secondes
environ un bip est émis et le balayage commence : placez le doigt
jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt.
La section radio
Figure 11 : La section radio.
La
partie HF de l’unité de base tient toute dans un récepteur hybride
AUREL conçu pour recevoir des porteuses à 433,92 MHz modulées en
fréquence (FM) par des signaux numériques. Ce composant est très fiable
et permet de recevoir des impulsions démodulées nettes et propres,
pratiquement sans parasites. Ce module AUREL RXDFM3V3, fonctionnant sous
3,3 V, reçoit des signaux carrés à la fréquence de 10 kHz avec une
vitesse de 19 200 bits/seconde. Il est très sensible (–100 dBm) et
sélectif car c’est un super-hétérodyne : c’est pourquoi son taux
d’émissions harmoniques est également très faible ; cela lui a valu une
homologation sous la norme CE ETS 300 220. L’entrée HF est sur la broche
1 alors que les données sont prélevées sur la broche 18 (sortie du
démodulateur FM/signaux carrés). Il dispose d’un squelch efficace
permettant de bloquer la démodulation si le niveau du signal reçu ne
dépasse pas un certain seuil (réglable par le trimmer R18 relié à la
broche 8 et à la masse : voir schéma figure 4).
Le module FINGERPRINT
Figure 12 : Le module FINGERPRINT.
Ce module est relié à la platine principale de l’unité de base à l’aide de trois fils :
JP2/14 à la borne TX
JP2/13 à la borne RX
JP2/10 à la borne GND.
Figure 13 : Le détecteur de proximité
Pour
détecter la présence d’un doigt sur la vitre du scanner, nous avons
muni le circuit d’un détecteur de proximité novateur basé sur le circuit
intégré QUANTUM QT110. Ce circuit intégré contient une interface à
transfert de charge électrique et un discriminateur capable de vérifier
que la même charge est prélevée. L’étage d’entrée fonctionne en mode
bidirectionnel et, initialement, il applique un potentiel à l’électrode
connectée à la broche 7. Une fois apprêtée la partie réceptrice, il
attend que la charge électrique déposée sur l’électrode soit prélevée.
Bien sûr, cela ne se produira que si une personne relie, directement ou
par un diélectrique, la broche 7 à la terre. L’intérêt du QT110 est
qu’il se recalibre automatiquement en fonction de ce qui est connecté
comme électrode à la borne “PROX PLATE”, plaque, fil, anneau, etc. Pour
plus de détails sur le fonctionnement du détecteur de proximité, relire
ELM 28, page 54 et suivantes.
La réalisation pratique
Arrivés
à ce point, nous pouvons évoquer quelques détails de construction
utiles pour réaliser correctement l’unité centrale. Il faudra, comme à
l’habitude, vous procurer ou réaliser le circuit imprimé de la figure 9.
Les méthodes habituelles de montage valent ici encore, à savoir :
monter les composants par ordre de hauteur croissante, respecter
orientation et polarité des semi-conducteurs et des condensateurs
électrolytiques, etc. Pour cela, vous utiliserez avec profit les figures
7 et 8. Quant au module hybride HF, on ne peut enfiler ses pattes dans
les trous du circuit imprimé principal que dans la bonne position. Même
remarque pour les relais. Pour permettre les connexions d’alimentation,
des sorties des relais et du senseur, il faut monter des borniers au pas
de 5 mm, pour circuit imprimé.
Pour le câblage de l’interface
sérielle avec l’ordinateur optionnel, nous vous conseillons de choisir
un connecteur DB9 mâle afin de pouvoir ensuite utiliser un câble
prolongateur série comme ceux permettant la liaison avec un modem série.
Un
soin tout particulier doit être apporté à l’assemblage du senseur et du
détecteur de proximité (PROX PLATE). L’électrode de ce dernier doit
être placée dans l’immédiat voisinage du senseur car son rôle est de
détecter la présence de la personne s’apprêtant à placer son doigt sur
la vitre du scanner.
Donc, l’électrode peut être constituée par un
simple conducteur, par exemple une plaque de cuivre ou de fer que l’on
repliera en anneau en lui donnant le format de la fenêtre du senseur
dans laquelle on le fixera. Pour éviter le contact direct, on peut le
recouvrir d’une fine pellicule plastique qui ne devra pas cependant
recouvrir la vitre du scanner. Il existe bien une autre solution
consistant à fixer sur le sol, devant le senseur, une plaque métallique
mais, ne serait-ce que pour des raisons de connexion électrique
déportée, elle est plus complexe, sans présenter pour autant un avantage
décisif.
Dans tous les cas, l’électrode doit être isolée de la terre
par du bois, du plastique, du caoutchouc, etc., sinon le fonctionnement
sera perturbé et la sensibilité réduite. N’oubliez pas de connecter
cette électrode au point PROX PLATE du circuit imprimé à l’aide d’un
morceau de fil de cuivre gainé.
Si vous voulez en savoir plus sur la
détection de proximité, nous vous conseillons de relire l’article “Un
interrupteur commandé par détecteur de proximité” dans ELM 28, page 54
et suivantes.
Figure 14.
Notre
système de contrôle d’accès biométrique est conçu pour fonctionner de
manière autonome, sans être relié à un ordinateur. Ce dernier devient
pourtant nécessaire dans deux cas : lorsqu’on désire avoir un registre
informatique (login) des accès et lorsqu’on veut modifier les paramètres
d’acquisition du lecteur biométrique. A propos de cette dernière
caractéristique, il faut préciser que la configuration initiale est déjà
réglée en usine pour obtenir le maximum de prestations et pour
satisfaire à toutes les applications.
Dans tous les cas, cette
configuration peut être modifiée en installant et lançant sur un PC,
doté d’une quelconque version de WINDOWS, le logiciel “FDA01 Config”.
Il
faut relier le PC à notre unité centrale de contrôle d’accès et relier à
la masse son entrée “Config” (borne CNF) : la LED jaune doit s’allumer.
Le logiciel est livré avec le senseur.
La photo montre l’écran
d’accueil de FINGERPRINT CONFIGURATION où il est possible de
personnaliser les paramètres de balayage, contraste, luminosité, etc. En
particulier, “GAIN” permet de régler la définition, le contraste de
l’image, “BRIGHTNESS” la luminosité, “SECURITY LEVEL” l’exigence ou la
tolérance de la vérification.
Figure
15 : A la fin d’une opération de vérification, l’unité de base envoie
un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte et le numéro
de l’unité (attribué grâce aux micro-interrupteurs DS1). Le flux est
composé de 7 bytes, respectivement : HEADER (coïncide avec le numéro
170), numéro d’unité (1 à 4), ID1, ID2, ID3, ID4, CHECKSUM. Le programme
en Basic, reporté dans cette figure, permet de visualiser sur l’écran
du PC ces paramètres.
REM File MF376.BAS Date: 26 mars 2001
REM Demo Version for Biometric Reader
REM (C) 2001 ELM
OPEN “COM1: 9600,N,8,1,ASC,CS0,DS0” FOR RANDOM AS #1
REM Formatage données -> Header, numéro unité, ID1, ID2, ID3, ID4, CHKCSK <-
LABEL1:
C$ = INPUT$(1, #1)
IF ASC(C$) <> 170 THEN
GOTO LABEL1
END IF
CLS
LOCATE 6, 15: PRINT “Waiting for fingerprint…”
R$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 8, 15: PRINT “Access to remote n.”; ASC(R$)
LOCATE 9, 15: PRINT “Date: “; DATE$
LOCATE 10, 15: PRINT “Time: “; TIME$
A$ = INPUT$(1, #1)
B$ = INPUT$(1, #1)
C$ = INPUT$(1, #1)
D$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 11, 15: PRINT “Person ID n.”; ASC(A$); ASC(B$); ASC(C$); ASC(D$)
C$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 12, 15: PRINT “CHKSUM = “; ASC(C$)
GOTO LABEL1
CLOSE #1
END
La liaison à l’ordinateur
Une
fois le câblage terminé et l’unité centrale alimentée (par une
alimentation secteur 12 Vcc, 600 mA – 330 mA pour la platine et 110 mA
pour le scanner à LED), on peut effectuer le débogage initial de la
platine à l’aide d’un PC. Pour cela, il suffit de relier l’unité
centrale à l’ordinateur, de connecter l’entrée “CONFIG” à la masse et de
lancer le programme sur l’ordinateur.
Tout d’abord, choisissez le port sériel utilisé et paramétrez la vitesse de commutation à 9 600 bauds.
Après
avoir confirmé, on accède à l’écran principal présentant les commandes
d’utilisation normale et le menu de configuration décrit figure 15.
Le logiciel est toutefois très intuitif à utiliser et il comprend un HELP (aide) expliquant clairement les diverses commandes.
la présentation d’un système d’identification personnelle fondée sur la
reconnaissance des empreintes digitales, en partant du clavier de
contrôle à distance de toutes les fonctions. L’ensemble permettra
d’acquérir et de comparer les empreintes des personnes touchant le
senseur placé sur l’unité de base également décrite dans ce numéro.
biométrie, science relativement neuve, a ouvert de nouveaux horizons
dans le domaine de la sécurité et de l’automatisation des procédures
d’identification, permettant ainsi de réaliser de nombreuses applications jusqu’ici impensables.
D’ici
peu, on sera en mesure de substituer aux divers systèmes de contrôle
d’accès, des appareils basés sur un senseur biométrique, c’est-à-dire un
dispositif capable de repérer une caractéristique précise d’une
personne afin de l’identifier.
Pour preuve de ce que nous venons de dire, le projet en trois parties que nous commençons à décrire dans cet article.
Il
s’agit d’une unité “intelligente” d’acquisition et de comparaison des
empreintes digitales, composée de trois dispositifs distincts dont le
coeur est l’unité centrale d’élaboration.
C’est une platine basée sur
un microcontrôleur capable de lire les données relevées sur le senseur
biométrique. Un clavier de commande à distance, via radio, mis à la
disposition, par exemple, du responsable de la sécurité, du gardien,
etc.
Un PC (optionnel) avec son logiciel de mémorisation des diverses opérations confiées à l’unité centrale.
C’est donc un système professionnel pouvant servir à ouvrir des portes électriques aux personnes autorisées.
Dans cette première partie nous
décrivons l’unité de gestion à distance du système, c’est-à-dire le
clavier grâce auquel un opérateur peut commander l’acquisition de
l’empreinte de la personne touchant le senseur, vérifier qu’elle
correspond bien à celle de la personne censée être là, ou introduire le
code d’identification de la personne si, pour un quelconque motif
(exemple : avarie du senseur), son empreinte n’est pas reconnue ou si
elle est dans l’impossibilité de poser le doigt sur la fenêtre du
senseur.
Dans ce cas, si le gardien connaît la personne, il peut la
laisser passer en envoyant au système central (par la télécommande à
clavier) son code d’identification ou alors le numéro sous lequel son
empreinte a été mémorisée auparavant.
Avant d’entrer dans le vif du sujet, voyons sommairement ce qu’est la biométrie en nous
référant, en particulier, aux empreintes digitales. On a fait des pas
de géant dans le domaine de leur identification et le résultat de leur
analyse est désormais pratiquement certain. En effet, la structure du
bout du doigt (dessous de la première phalange, la pulpe) reste toujours
la même au fil des années. Les empreintes ont toujours été la méthode
la plus utilisée pour relever la présence ou le passage d’une personne
et pour l’identifier avec certitude (on pense aux enquêtes de police !).
A
ce propos, on relira avec intérêt, dans ELM 23, page 52 et suivantes,
l’article intitulé “Petit tour d’horizon sur la biométrie en général et
sur l’analyse des empreintes digitales en particulier” et dans ELM 24,
page 60 et suivantes, l’article intitulé “Un système d’analyse laser
pour empreintes digitales”.
Donc, en ce qui concerne les empreintes
digitales, on trouve depuis quelques années dans le commerce des
senseurs et des interfaces permettant d’acquérir des images par la
technique du scanner à diode laser mais aussi par celle de la variation de capacité (identificateurs sur surface sensible à matrice capacitive).
Le dispositif que nous
vous proposons de construire est un système complet de reconnaissance
des empreintes digitales, utilisable pour ouvrir des accès contrôlés et
donner ou mémoriser des signaux d’identification.
Ce système comporte une unité d’élaboration et un senseur d’empreinte (scanner à LED) que nous analysons dans la deuxième partie
de la série d’articles de ce numéro d’ELM consacré à la biométrie,
ainsi qu’une télécommande à clavier faisant l’objet du présent article.
Introduction à la biométrie
Figure 1 : Introduction à la biométrie.La biométrie est la partie ô combien passionnante de la science s’occupant de mesurer et de comparer les paramètres caractéristiques d’un individu.
Quatre d’entre eux sont pris en considération : la voix, les empreintes digitales, l’iris (partie colorée de l’oeil) et les traits du visage.
A cause de la complexité
des analyses et des appareils requis pour les effectuer, les deux
derniers paramètres sont encore peu considérés. En revanche,
l’identification de la voix et des empreintes digitales trouve désormais
un large emploi. Divers constructeurs se sont spécialisés dans la reconnaissance de la voix et nous-mêmes nous en avons déjà proposé des applications.
Actuellement
c’est surtout l’identification des empreintes digitales qui tient le
haut du pavé, peut-être parce que c’est le paramètre le plus ancien,
déjà utilisé avant que l’ordinateur et les senseurs n’existent. Vous
savez tous (grâce aux polars et à la télé), que les empreintes
digitales, laissées par le sébum recouvrant la pulpe des doigts sur les
objets que nous touchons, sont très utiles aux enquêteurs de la police
et ont valeur de preuve de la présence d’une personne en un lieu où
s’est produit un crime ou un délit.
La récente disponibilité des senseurs capables
de lire les empreintes digitales et des interfaces en mesure de les
mémoriser et de les comparer, a rendu et rendra possibles des applications auxquelles on n’aurait pas osé songer jusqu’ici.
Il
s’agit d’identifier les personnes, non seulement dans un contexte
judiciaire mais encore et surtout pour remplacer les traditionnels
systèmes d’accès (badges,
transpondeurs, cartes à puce) dans les services où un contrôle de
sécurité rigoureux est nécessaire : opérations bancaires et retrait
d’argent, accès à des prestations de santé, à des habitations privées ou
autres locaux sous surveillance.
Le principe de la télécommande à clavier
Cette télécommande à clavier (figure 5) permet de commander, sur l’unité de base, trois fonctions principales.
La première ajoute l’empreinte digitale de la personne qui touche la surface du senseur à la liste de celles déjà mémorisées.
La
seconde supprime une empreinte de la liste, par exemple lorsqu’une
personne ne doit plus accéder à un local protégé ou simplement quand, la
personne n’étant plus présente (par exemple dans l’entreprise), il n’y a
plus de raison de traiter ni de conserver ses caractéristiques
biométriques.
La troisième est de permettre le passage d’une personne
dont l’identité est connue, même quand le lecteur (senseur) est en
panne ou bien lorsque cette personne est dans l’impossibilité matérielle
de placer son doigt sur ledit lecteur.
Le système est tel que les
actions sur l’unité centrale arrivent par radio de manière
unidirectionnelle, de la télécommande à clavier (émetteur) vers l’unité
centrale (récepteur).
Cette liaison radio à distance est en UHF sur
la fréquence de 433,92 MHz, bien connue de nos plus fidèles lecteurs (et
des usagers des modules AUREL… mais ce sont les mêmes, n’est-ce pas ?).
La portée est d’une dizaine de mètres maximum.
Par
exemple, le clavier de contrôle à distance peut être placé dans le
local du gardien alors que le senseur et l’unité d’élaboration se
trouvent devant la porte d’entrée du local contrôlé ou à l’entrée de la
société.
L’autonomie complète de la télécommande à clavier, qui peut
fonctionner sur la batterie rechargeable dont elle est pourvue, permet
aussi de la porter sur soi à proximité immédiate du passage à contrôler, chaque fois que l’on a à acquérir, comparer ou effacer une empreinte.
Figure 2 : Le clavier à membrane occupe toute la surface du couvercle du boîtier.
Figure 3 : Organigramme du microcontrôleur MF377 programmé en usine.Le schéma électrique de la télécommande à clavier
Etudions maintenant la conception et le fonctionnement de ce périphérique en nous
reportant au schéma électrique de la figure 4. Le circuit est
relativement simple et la gestion complète du système est confiée au
microcontrôleur U2. En dehors de celui-ci, on trouve le clavier à
matrice et un émetteur radio. Le circuit intégré U3 est un élévateur de
tension permettant d’obtenir le 12 V nécessaire pour une puissance
d’émission convenable de U4 (le module HF).
U2, un microcontrôleur,
référencé MF377, est vraiment le sous-ensemble le plus important.
L’organigramme du programme qu’il porte est donné en figure 3. Il a été
programmé en usine pour lire le clavier à matrice à membrane (touches
sensitives étanches), déchiffrer les diverses touches de commande et
transmettre vers la centrale le code contenant la commande que celle-là
devra exécuter. En outre, le microcontrôleur produit des signaux
acoustiques pour aider l’usager dans la “frappe” des codes et des
commandes.
Après la mise sous tension et le RESET initial, le
microcontrôleur initialise les I/O et paramètre les lignes RA3, RB4,
RB5, RB6 et RB7 comme sorties alors que RA4 l’est comme entrée. RA0, RA1
et RA2, en revanche, sont des entrées à résistances de “pull-up” alors
que RB0, RB1, RB2 et RB3 sont des sorties.
Pour la lecture du clavier
on a programmé une “routine” permettant l’activation cyclique de toutes
les lignes RB0, RB1, RB2 et RB3 par séquence et l’analyse des niveaux
logiques sur RA0, RA1 et RA2. Si une touche est pressée, une de ces
dernières portes reçoit le niveau logique 0. Par exemple si, au moment
où RB1 (alignement 2*) est au niveau logique 0, le microcontrôleur lit
le même niveau logique sur la broche 18 (colonne centrale*) cela
signifie que la touche située au croisement de l’alignement 2 et de la
colonne 2, c’est-à-dire la touche 5, a été pressée.
La broche 10 commande une diode LED DL1 alors que la broche 2 active le buzzer BZ1 à travers le transistor T1.
RB6 et RB7 s’occupent, quant à eux, de gérer le module émetteur HF U4 : RB6 contrôle la broche d’activation du module hybride.
En effet U4 est normalement en “stand-by” (en attente) et il ne consomme pratiquement aucun courant.
Lorsqu’il
doit transmettre des données (passer en émission donc), on impose un
niveau logique 1 à la broche 2 et l’oscillateur se met en marche : c’est
alors seulement que l’on peut moduler l’entrée DATA IN (broche 4) et
que le signal HF est émis par l’antenne.
L’alimentation de l’appareil
est confiée à une batterie rechargeable tampon (permettant d’utiliser
la télécommande à clavier partout de manière autonome) maintenue chargée
par une alimentation externe connectée aux points “VAL” (voir schéma
figure 4).
Le pont redresseur permet d’appliquer indifféremment une
tension continue de 15 à 18 Vcc ou alternative de 12 à 15 Veff. Dans le
premier cas, l’avantage est de pouvoir brancher l’alimentation sans
souci de polarité. La tension aux bornes de la batterie (toujours
présente, même si on débranche la télécommande à clavier pour l’utiliser
sans fil) alimente directement le buzzer BZ1 alors que le régulateur U1
7805 donne le 5 V stabilisé servant à alimenter le microcontrôleur
ainsi que le circuit hybride émetteur U4, sauf que ce dernier reçoit en
réalité 12 V.
Comment cela se fait-il ? Eh bien c’est facile : la
broche 1 de U4 reçoit une tension élevée de 5 à 12 V par le circuit
intégré élévateur de tension U3 (MAX662A de MAXIM). Celui-ci emploie le
procédé de charge de condensateurs et n’a besoin que de deux
condensateurs externes C6 et C7. De plus il présente une particularité
notable : quand il est alimenté, il peut rester en attente, sans
produire aucun signal en sortie ; il ne commence à donner le 12 V que
lorsque sa broche 8 (SHDN) passe au niveau logique 0.
| *Note : Nous appelons “alignement” une ligne de touches du clavier horizontale et “colonne” une ligne de touches du clavier verticale. |
Figure 4 : Schéma électrique de la télécommande à clavier.Les fonctions du clavier
Figure 5 : Les fonctions du clavier.La télécommande à clavier présentée dans cet article fait exécuter à l’unité centrale trois opérations :
- l’acquisition de l’empreinte du doigt appuyé sur le senseur,
-
l’effacement d’une empreinte dans la mémoire du système et
l’habilitation, c’est-à-dire laisser la voie libre à une personne dont
on connaît l’identité,
- le numéro d’identification, quand il n’est pas possible de comparer son empreinte.
La
structure des fonctions implique que chacune d’elles soit définie par
une touche de fonction, associée à un nombre et validée avec ENTER.
En particulier :
L’acquisition
est la phase par laquelle une empreinte relevée par le senseur de
l’unité centrale est inscrite dans la mémoire du système.
Pour la mettre en fonction, il faut respecter la séquence, c’est-à-dire appuyer sur la touche F1 (ADD).
Il faut évidemment spécifier le nombre (à 4 chiffres) par lequel identifier l’empreinte.
Cette
identification par un nombre sert à accomplir ensuite toute autre
opération sur l’empreinte, par exemple son retrait (REMOVE) de la
mémoire.
Elle permet aussi d’enregistrer le passage d’une personne
reconnue par l’opérateur, lorsque pour une raison quelconque il n’est
pas possible de relever son empreinte.
La syntaxe est la suivante :
L’effacement est la fonction qui permet d’effacer l’empreinte indiquée par son numéro à 4 chiffres d’identification.
La
fonction REMOVE est associée à la touche F2, alors que le numéro d’ID
est celui de la position dans laquelle l’empreinte a été mémorisée.
La syntaxe est la suivante :
Le
passage est l’option permettant d’enregistrer le passage d’une personne
ou bien de lui laisser la voie libre (PASS) même si le senseur (à cause
d’une avarie ou autre) ne reconnaît pas son empreinte et si toutefois,
bien sûr, le gardien qui la reconnaît a de bonnes raisons de la laisser
passer : dans ce cas l’opérateur n’a qu’à frapper le numéro
d’identification utilisé précédemment pour mémoriser l’empreinte de
cette personne.
La syntaxe est la suivante :
Les fonctions de contrôle
Examinons maintenant les fonctions accessibles au moyen du clavier.
Après
une période d’inactivité (aucune touche pressée), ce sous-ensemble
passe au repos : toutes les touches sont alors inactives sauf une, bien
sûr.
Pour rendre à nouveau le clavier actif, il faut appuyer sur
ENTER (entrée) pendant au moins 3 secondes. Le “réveil” du clavier se
manifeste par deux brèves notes aiguës du buzzer.
L’unité est opérationnelle et elle peut à nouveau contrôler à distance la centrale pour effectuer les différentes fonctions.
Respectez bien l’ordre : SHIFT+FONCTION+ID+ENTER qui constitue la syntaxe correcte d’utilisation du clavier (voir figure 5).
Le montage et le réglage
Le montage du circuit est vraiment très simple et il est à la portée de tous.
Procurez-vous
ou réalisez d’abord le circuit imprimé par photogravure en photocopiant
le dessin à l’échelle 1 de la face cuivrée (figure 8) sur transparent,
pour la méthode classique, ou sur PnP-blue (relire ELM 26, page 59 et
suivante, l’article intitulé “Comment fabriquer vos circuits imprimés
facilement ?”) si vous utilisez cette nouvelle méthode (voir les
publicités des annonceurs).
En vous aidant du schéma d’implantation
des composants de la figure 6 et de la photo du montage de la figure 7,
commencez le montage par l’insertion des composants au profil le plus
bas : la diode D1 (en respectant la polarité : bague vers la gauche,
soit C1 et C2), les résistances, les deux supports à 18 et 8 broches.
Ensuite
insérez et soudez le pont redresseur PT1 (en respectant la polarité :
“+” vers BZ1, “–” vers le repère détrompeur de U2), le buzzer BZ1 (le
“+” vers le connecteur plug VAL), le quartz Q1 et les condensateurs (en
respectant la polarité des électrolytiques C1, C2 et C8).
Le régulateur de tension U1 est monté à plat et fixé au circuit imprimé à l’aide d’un petit boulon M3.
Le
module hybride HF AUREL U4 ne peut être inséré dans les trous du
circuit imprimé que d’une seule manière (la bonne !) : côté composants
tourné vers l’extérieur de la platine (figure 7).
Quand vous souderez les pattes de ce dernier, évitez un échauffement excessif.
La
connexion avec le clavier à membrane est dévolue à un connecteur mâle
de type “pin-strip” dont les 7 pôles seront soudés près des 3
résistances R7, R8 et R9 (figures 6 et 7).
La prise femelle placée près du pont PT1 accueille la fiche de l’alimentation extérieure.
Pour
la batterie, type 6F22 rechargeable, 9 V, soudez les deux fils de la
prise de pile aux trous “+” et “–” BAT (rouge au “+” et noir au “–”
évidemment !). Voir figures 9 et 6.
Vous pouvez enfin insérer les
deux circuits intégrés U2 et U3 dans leurs supports avec leurs repères
détrompeurs orientés respectivement vers PT1 et R6, soit pour les deux
vers l’intérieur de la platine.
Connectez une batterie rechargeable
de 9 V 6F22 sur son clip et une alimentation secteur monobloc (voir
photo de première page) sur la prise “VAL”.
Vérifiez que la LED émet bien de brefs éclairs : cela signifie que le microcontrôleur “tourne” correctement.
Maintenez appuyée 3 secondes la touche ENTER (le buzzer fera entendre une brève note).
Frappez
une séquence de commande (figure 5) et contrôlez, à l’aide d’un
multimètre, que l’élévateur de tension U3 fournit bien le 12 V sur la
broche 6.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la télécommande à clavier.
Figure 7 : Photo d’un de nos prototypes de télécommande à clavier, platine seule non encore connectée au clavier à membrane.
Figure 8 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé côté cuivre.Liste des composants
R1 = 150 Ω
R2 = 10 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 1 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
C6 = 220 nF polyester pas 5 mm
C7 = 220 nF polyester pas 5 mm
C8 = 4,7 μF 16 V électrolytique
U1 = Régulateur 7805
U2 = μContrôleur MF377
U3 = Intégré MAX662
U4 = Module Aurel TXDFM
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
LD1 = LED rouge 5 mm
BZ1 = Buzzer pour ci sans électronique
PT1 = Pont redresseur 1 A
D1 = Diode 1N4002
S1 = Micro-interrupteur pour ci
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 9 broches
7 Supports en bande sécable
1 Prise alim. pour ci
1 Boulon 3 MA pour régulateur
1 Boîtier TEKO 880 BSW
1 Prise pile 9 V
1 Clavier à membrane à matrice 12 touches
Figure9 : Disposition de la platine principale de la télécommande à clavier
dans le boîtier plastique TEKO 880 doté d’un emplacement pour la
batterie rechargeable 9 V 6F22. La platine est à fixer au fond du
boîtier à l’aide de 4 vis auto-taraudeuses.
Figure10 : La liaison entre le clavier à membrane et la platine principale
est dévolue à une nappe de fils. Le boîtier TEKO est déjà pourvu d’une
fente pour le passage de la nappe. Il suffit d’ôter la pellicule
plastique au dos du clavier et d’appliquer la membrane sur le couvercle
du boîtier après avoir enfilé la nappe dans la fente. Soudez les fils
rouge “+” et noir “–” de la prise de pile dans les trous “+” et “–” BAT
de la platine et clipsez la prise sur la batterie rechargeable.
Connectez la nappe à la platine à l’aide du connecteur femelle déjà
serti et du connecteur mâle que vous avez soudé sur le circuit imprimé.
Deuxième parties : le lecteur
d’empreinte digitale et la centrale la connexion à l’ordinateur optionnel
Dans la première partie de ce spécial biométrie nous vous avons présenté l’ensemble du système d’identification par empreintes digitales, composé d’une unité centrale avec lecteur (ou senseur) et d’une télécommande radio à clavier. Celle-ci ayant été dûment décrite, le moment est venu de passer à l’étude et à la réalisation du “coeur” du système : la centrale et le lecteur. Nous terminerons par le raccordement à l’ordinateur de gestion sans oublier que ce dernier n’est pas indispensable au fonctionnement du système mais qu’il apporte un “plus”.Il s’agit d’un contrôle d’accès, un système en mesure d’activer un relais lorsque l’empreinte du doigt placé sur le scanner (lecteur ou senseur) coïncide avec une des 640 (maximum) empreintes mémorisées. Le système fonctionne de manière autonome, sans qu’il soit indispensable de le relier à un ordinateur. Il est de plus extrêmement fiable : le scanner Polaroïd et le module de gestion de l’algorithme biométrique sont les plus innovants et les plus sûrs du marché. La première caractéristique est de satisfaire aux normes les plus sévères concernant la confidentialité : en effet les données sont mémorisées en mode crypté et elles ne peuvent pas être prélevées de manière indélicate dans la mémoire du module. La seconde caractéristique intéresse surtout la sécurité : il est impossible d’induire l’appareil en erreur en récupérant une empreinte sur une feuille par photocopie ou même en la contrefaisant avec du latex. Par contre, et cela est incroyable (mais vrai !), si une personne a une petite entaille au doigt ou si elle le place partiellement ou de travers sur le scanner, le module fonctionne normalement et reconnaît l’empreinte. Bien sûr cela ne marche pas avec un pansement de type “poupée” ou avec des moufles ! Il est conseillé cependant de mémoriser, pour chaque usager autorisé, l’empreinte de deux doigts : l’index de la main droite et celui de la gauche. Cela réduira à 320 le nombre de personnes pouvant être reconnues mais ce devrait être suffisant pour les particuliers et les PME PMI ! Le système ne devient réellement économiquement rentable que lorsqu’il faut gérer un accès contrôlé de nombreuses personnes (plus de cent). Néanmoins, la rentabilité n’est plus un critère lorsqu’il s’agit de sécurité ou de pratique. A ce propos, on notera un avantage qui n’est pas négligeable : avec ce système, il n’est plus nécessaire d’avoir sur soi clé, badge, transpondeur ou autre carte à puce pour entrer dans le local contrôlé. L’interface utilisateur a été volontairement simplifiée au maximum : deux LED ou une LED bicolore. Même les procédures de mémorisation et de retrait d’une empreinte sont extrêmement simples. La seule fonction un peu délicate à effectuer est sans doute l’ID, c’est-à-dire le numéro associé à chaque empreinte. C’est un nombre compris entre 0000 et 0640, attribué selon l’ordre arithmétique de la mémorisation : par exemple, la 326e personne dont on aura mémorisé l’empreinte aura son empreinte identifiée sous le numéro 0326 et ce, nous l’avons dit, de manière cryptée à 400 bytes. La mémorisation d’une nouvelle empreinte peut aussi être manuelle : c’est alors par le clavier de la commande à distance que l’opérateur attribue un numéro d’ID à l’empreinte (à la personne). Bien sûr, ce numéro ne doit pas avoir été déjà utilisé pour une autre empreinte (d’une autre personne) et c’est pourquoi il faut noter les ID déjà attribuées. Le retrait d’une empreinte consiste à ordonner au système d’effacer les données (empreintes) mémorisées sous tel numéro d’ID. C’est pourquoi le gestionnaire de l’accès contrôlé devra, d’une manière ou d’une autre, noter les correspondances entre numéro d’ID et usager. Nous l’avons dit, le système est autonome et fonctionne selon les modalités que nous venons d’expliquer sans aucun appareil externe. Il convient néanmoins de savoir qu’il comporte une ligne sérielle RS232 produisant un flux de données contenant l’ID d’une empreinte dûment vérifiée. On peut ainsi recourir à un ordinateur, en le reliant à la ligne sérielle de la centrale, si toutefois on désire visualiser sur un écran le passage des personnes ou bien enregistrer sur un fichier les divers accès au local contrôlé : on peut alors associer à l’ID de l’empreinte le jour, la date et l’heure de ces accès.
Figure 1 : La télécommande à clavier (décrite dans la première partie) permettant de commander à distance les différentes fonctions de la centrale de contrôle d’accès biométrique.
Figure 2 : Organigrammes du programme de gestion MF376 et des différentes “routines”* auxquelles il donne accès
Figure 2a : Organigramme du programme du MF376. Comme on peut le voir, après la première mise en marche, le microcontrôleur teste à la suite les entrées “TEST”, “CONFIG”, “PROX PLATE” ainsi que la présence d’une porteuse radio.
Figure 2b.
Figure 2c.
Figure 2d.
Figure 2e. Lorsqu’il trouve une de ses entrées active, il agit en conséquence. Si l’on active le capteur de proximité, c’est la routine “VERIFY” (organigramme de la figure 2b) qui est déclenchée. Elle active un balayage du scanner et vérifie que l’empreinte acquise coïncide avec l’une de celles mémorisées. A la fin de la comparaison, les relais concernés sont actionnés et un flux contenant les données d’ID de l’empreinte acquise ou bien une ID 9999, si l’empreinte acquise n’a pas sa correspondance en mémoire, se produit. Dans la moitié droite de la figure ont été reportés les organigrammes des trois routines principales que l’on peut appeler au moyen de la télécommande à clavier (figure 1). La routine “ADD” (figure 2c) permet de mémoriser une nouvelle empreinte. La routine “DEL” (figure 2d) permet de retirer une empreinte de le mémoire. La routine “PASS” (figure 2e) permet de simuler la reconnaissance d’une empreinte et de laisser la voie libre à la personne (voir explications dans la première partie).
| *Note : “Routine” est un mot anglais qui signifie la même chose qu’en français. Sauf en électronique où il signifie “déroulement d’une procédure automatique mémorisée”. |
Figure 3 : Prestations du système de contrôle d’accès biométrique
C’est un système autonome d’analyse biométrique destiné aux applications de contrôle d’accès.
Il
est constitué de deux unités distinctes : un clavier radio permettant
une commande à distance et l’unité de base autonome mémorisant et
comparant les empreintes.
Un ordinateur avec un programme spécialisé peut lui être adjoint pour obtenir des fonctions supplémentaires.
La télécommande à clavier (figure 1)
Elle
permet d’envoyer trois commandes distinctes (mémorisation de
l’empreinte, retrait de l’empreinte, comparaison virtuelle de
l’empreinte associées au numéro d’ID identification).
Alimentation : 12 Vcc
Batterie rechargeable en tampon : 9 V type 6F22
L’unité de base (figure 8)
Capacité de 640 empreintes,
Temps de vérification < 1 seconde,
Section radio-réceptrice à quartz à 433,92 MHz,
Interface
usager par deux LED Entrée pour “TAMPER” externe Entrée pour
configuration du senseur Reconnaissance de la présence du doigt au moyen
du détecteur de proximité,
Sortie relais pour reconnaissance vérifiée (TRUE)
Sortie relais pour reconnaissance non vérifiée (FALSE)
Ligne sérielle RS232
Alimentation : 12 Vcc
Courant maximum : 500 mA.
Le schéma électrique de la centrale de contrôle
Avant
d’entrer dans le vif du schéma électrique, voyons quelques
particularités de la platine. La détection de la présence du doigt est
confiée à un circuit intégré spécifique permettant de transformer un morceau de métal en un senseur de proximité : par exemple une plaque de métal sur le sol ou près du scanner
ou le boîtier métallique de ce dernier, etc. Les sorties disponibles
sont constituées par deux relais. En cas de reconnaissance correcte, le
relais “TRUE” s’active pour 1 à 10 secondes en fonction du réglage du
trimmer R19 (schéma, figure 4, au centre). Si la reconnaissance n’a pas
lieu, c’est le relais “FALSE” qui s’active pour 3 secondes. Le contact “TAMPER” permet, s’il est ouvert, de bloquer tout le système.
Le
circuit est fondé sur le microcontrôleur référencé MF376, programmé en
usine, en interface avec le récepteur radio FM pour données numériques
(U6, module hybride AUREL monté verticalement sur la platine principale,
voir figure 8), deux relais pour la commande des utilisateurs, un
buzzer, un double convertisseur TTL/RS232-C bidirectionnel et un
détecteur de proximité.
Nous l’avons dit, les identifications des empreintes sont des ID à quatre chiffres.
Les
données sont lues, inscrites et effacées dans la mémoire Flash du
module FINGERPRINT où elles résident… et non pas dans le
microcontrôleur.
Chaque opération menée à bien se conclut par
l’activation du relais 1 et la production par le microcontrôleur d’un
flux de données sérielles sur la ligne (RB3) correspondant à sa broche
24. Le flux de données contient des informations sur le numéro d’ID de
l’empreinte reconnue ou bien sur l’ID introduite en cas de procédure de
passage sans reconnaissance d’empreinte (voir première partie). Pour
être tout à fait exact, le format est le suivant : un premier byte de
démarrage (HEADER) plus un second byte avec le numéro de l’unité dont il
provient, 4 bytes contenant les chiffres de l’ID de l’empreinte et un
septième byte contenant la “checksum” trouvée dans les six premiers.
A
propos du second byte, ouvrons une parenthèse : la possibilité nous est
offerte de discriminer jusqu’à quatre unités d’identification afin de
pouvoir, avec un seul ordinateur, gérer plusieurs points d’accès. Dans
le cas où l’on voudrait installer plusieurs unités de base, il va sans
dire que les messages des diverses provenances doivent demeurer
distincts et c’est pourquoi le flux émis par chaque centrale vers
l’ordinateur contient son propre numéro d’unité (sa “signature”).
Ce
numéro signant la centrale, c’est-à-dire l’accès, est codifié à l’aide
des micro-interrupteurs DS1 (CODE) : on peut choisir quatre combinaisons
maximum, donnant quatre codes adressables avec les autres informations.
Revenons au circuit (figure 4).
Nous
voyons que l’interface sérielle RS232-C est double : tout tient dans un
circuit intégré MAX232 gérant deux drivers et deux récepteurs (la
section de conversion TTL/RS232-C est alimentée par les convertisseurs
continu/continu internes avec l’aide des condensateurs C9, C11, C12 et
C13) utilisés d’une part pour faire dialoguer le microcontrôleur et
l’ordinateur et, d’autre part, pour gérer le senseur d’empreinte.
Il
est intéressant de noter que la section TX/RX destinée à l’ordinateur
n’est utilisée en mode bidirectionnel que dans la modalité “CONFIG”,
alors qu’en usage normal seul l’envoi de flux d’informations vers
l’ordinateur est prévu.
Figure 4 : Schéma électrique de la centrale de contrôle d’accès biométrique.Le lecteur optique (Optical Reader)
Figure 5 : Le lecteur optique (Optical Reader).Scanner optique Polaroïd pour l’acquisition des empreintes digitales.
Résolution : 450 dpi
Aire de balayage : 13 x 16 mm
Dimensions : 21 x 31 x 59 mm
Poids : 28 g
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Source lumineuse : rouge
Alimentation : 5 Vcc ± 10 %
Courant maximum : 110 mA
La carte de traitement (Processing Board)
Figure 6 : La carte de traitement (Processing Board).Unité
d’élaboration des empreintes digitales. L’algorithme de comparaison est
associé à une CPU RISC à 32 bits (INTEL StrongARM) alors que la
mémorisation des empreintes est confiée à deux mémoires Flash V2540.
Temps de vérification : < 1 seconde
Capacité : 640 empreintes
Dimensions : 43 x 93 x 1,6 mm
Température de fonctionnement : –40 à +60 °C
Alimentation : 5 V ± 10 %
Courant maximum : 330 mA
Test de vibrations : 3,2 G RMS.
Le senseur ou lecteur d’empreinte
Avant
d’étudier le reste de la centrale, arrêtons-nous quelques instants sur
le senseur utilisé pour lire les empreintes digitales.
C’est un
produit de haute fiabilité utilisant la technique optique et disposant
d’un petit scanner à LED capable d’analyser et de faire échantillonner
par le reste du matériel, des images extrêmement précises.
L’algorithme
compense les diverses imprécisions dues au fait qu’une personne ne
place pas toujours son doigt de manière absolument identique à celle de
la mémorisation initiale. On considère en outre que les dimensions
réduites de la fenêtre du scanner ne permettent pas de contenir la
totalité de l’empreinte mais seulement une partie. Donc, quand on doit
comparer l’image acquise actuellement avec celle déjà mémorisée, le
programme de gestion utilise la correspondance d’un certain nombre de
points. Le système optique Polaroïd permet aussi d’ignorer les effets
d’une faible quantité de salissure due au sébum de la pulpe du doigt sur
la vitre du scanneur. Les divers encadrés de cet article donnent les
principales caractéristiques du lecteur optique ainsi que du module
FINGERPRINT.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants de la centrale d’accès biométrique.
Figure 8 : Photo de l’un des prototypes de la platine de l’unité de base complète.Il
est important de monter en premier les composants (module exclu) de la
platine de base, de l’alimenter et de vérifier avec un multimètre les
tensions d’alimentation.
Ensuite, insérez les circuits intégrés dans
leurs supports en respectant l’orientation de leurs repère-détrompeurs
et connectez une prise mâle aux points “+” et “– Vaux” en contrôlant
avec le multimètre que le +5 V est au centre de la prise et la masse sur
le côté. Enfin, montez le module et alimentez-le.
Figure 9 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la centrale de contrôle d’accès biométrique.Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 470 Ω
R4 à R6 = 10 kΩ
R7 = 1 MΩ
R8 = 10 kΩ
R9-R10 = 470 Ω
R11-R12 = 4,7 kΩ
R13 = 47 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 47 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 10 kΩ trimmer multitour
R19 = 4,7 kΩ trimmer
R20-R21 = 10 kΩ
C1 = 470 μF 35 électrolytique
C2 = 220 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 10 nF polyester
C7-C8 = 22 pF céramique
C9 = 10 μF 63 V électrolytique
C10 = 100 nF multicouche
C11 à C13 = 10 μF 63 V électrolytique
C14 = 100 nF polyester
C15-C16 = 100 μF 25 V électrolytique
C17-C18 = 100 nF multicouche
U1-U2 = Régulateur 7805
U3 = Intégré QT110
U4 = μContrôleur MF376
U5 = Intégré MAX232
U6 = Module AUREL RXDFM
D1 = Diode 1N5408
D2-D3 = Diode 1N4007
T1à T3 = NPN BC547
LD1 = LED verte
LD2 = LED jaune
LD3-LD4 = LED rouges
Q1 = Quartz 20 MHz
BZ1 = Buzzer sans électronique
RL1-RL2 = relais min. 12 V 1 RT pour ci
DS1 = Dip-switch 2 micro-inter.
Divers :
1 Module FINGERPRINT
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 8 broches
1 Support 2 x 14 broches
6 Borniers 2 pôles
3 Borniers 23 pôles
1 Connecteur DB9 femelle
1 Radiateur ML26
1 Radiateur ML33
2 Isolants silicone TO220
2 Boulons 3MA x 15
4 Entretoises nylon hexag. 8 mm
4 Ecrous nylon
4 Entretoises adhésives nylon 10 mm
2 Broches en bande sécable
1 Coupe 17 cm fil cuivre émaillé 12/10
Figure 10 : Récapitulation du fonctionnement
Première mise en marche
Le
buzzer émet un bip pendant 2 secondes et en même temps les LED rouge,
verte et jaune s’allument alors qu’un balayage a lieu (le scanner lit
l’empreinte). Si l’entrée “TAMPER” est ouverte, le système est bloqué et
la LED rouge est allumée. Si l’entrée “TAMPER” est fermée, le système
est opérationnel et les LED rouge et verte sont éteintes.
Fonctionnement normal
Si
l’on approche le doigt du détecteur de proximité, un balayage a lieu.
Si l’empreinte coïncide avec une empreinte disponible en mémoire, le
système émet un bip, la LED verte s’allume, le relais “TRUE” est activé
pendant 1 ÷ 10 secondes (selon le réglage du trimmer R19) et un flux de
données sérielles contenant l’ID de l’empreinte est émis. Si l’empreinte
n’est pas disponible en mémoire, le système n’émet aucun signal
acoustique, la LED rouge s’allume, le relais “FALSE” est activé pour 3
secondes et un flux de données sérielles avec un ID à 9999 est émis.
Mémorisation d’une empreinte
Activez
la télécommande à clavier en appuyant sur la touche “ENTER” pendant 3
secondes : un bip long est émis. Appuyez sur “SHIFT” puis sur “F1” puis
sur l’ID que l’on veut attribuer à l’empreinte (de 0001 à 0640) puis sur
“ENTER”. L’unité de base allume la LED verte.
Un bip est émis et le
premier balayage commence : placez le doigt dans la fenêtre jusqu’à ce
qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt. Après 3 secondes
environ un bip est émis et le balayage commence : placez le doigt
jusqu’à ce qu’un bip se fasse entendre puis retirez le doigt.
La section radio
Figure 11 : La section radio.La
partie HF de l’unité de base tient toute dans un récepteur hybride
AUREL conçu pour recevoir des porteuses à 433,92 MHz modulées en
fréquence (FM) par des signaux numériques. Ce composant est très fiable
et permet de recevoir des impulsions démodulées nettes et propres,
pratiquement sans parasites. Ce module AUREL RXDFM3V3, fonctionnant sous
3,3 V, reçoit des signaux carrés à la fréquence de 10 kHz avec une
vitesse de 19 200 bits/seconde. Il est très sensible (–100 dBm) et
sélectif car c’est un super-hétérodyne : c’est pourquoi son taux
d’émissions harmoniques est également très faible ; cela lui a valu une
homologation sous la norme CE ETS 300 220. L’entrée HF est sur la broche
1 alors que les données sont prélevées sur la broche 18 (sortie du
démodulateur FM/signaux carrés). Il dispose d’un squelch efficace
permettant de bloquer la démodulation si le niveau du signal reçu ne
dépasse pas un certain seuil (réglable par le trimmer R18 relié à la
broche 8 et à la masse : voir schéma figure 4).
Le module FINGERPRINT
Figure 12 : Le module FINGERPRINT.Ce module est relié à la platine principale de l’unité de base à l’aide de trois fils :
JP2/14 à la borne TX
JP2/13 à la borne RX
JP2/10 à la borne GND.
Figure 13 : Le détecteur de proximité
Pour
détecter la présence d’un doigt sur la vitre du scanner, nous avons
muni le circuit d’un détecteur de proximité novateur basé sur le circuit
intégré QUANTUM QT110. Ce circuit intégré contient une interface à
transfert de charge électrique et un discriminateur capable de vérifier
que la même charge est prélevée. L’étage d’entrée fonctionne en mode
bidirectionnel et, initialement, il applique un potentiel à l’électrode
connectée à la broche 7. Une fois apprêtée la partie réceptrice, il
attend que la charge électrique déposée sur l’électrode soit prélevée.
Bien sûr, cela ne se produira que si une personne relie, directement ou
par un diélectrique, la broche 7 à la terre. L’intérêt du QT110 est
qu’il se recalibre automatiquement en fonction de ce qui est connecté
comme électrode à la borne “PROX PLATE”, plaque, fil, anneau, etc. Pour
plus de détails sur le fonctionnement du détecteur de proximité, relire
ELM 28, page 54 et suivantes.
La réalisation pratique
Arrivés
à ce point, nous pouvons évoquer quelques détails de construction
utiles pour réaliser correctement l’unité centrale. Il faudra, comme à
l’habitude, vous procurer ou réaliser le circuit imprimé de la figure 9.
Les méthodes habituelles de montage valent ici encore, à savoir :
monter les composants par ordre de hauteur croissante, respecter
orientation et polarité des semi-conducteurs et des condensateurs
électrolytiques, etc. Pour cela, vous utiliserez avec profit les figures
7 et 8. Quant au module hybride HF, on ne peut enfiler ses pattes dans
les trous du circuit imprimé principal que dans la bonne position. Même
remarque pour les relais. Pour permettre les connexions d’alimentation,
des sorties des relais et du senseur, il faut monter des borniers au pas
de 5 mm, pour circuit imprimé.
Pour le câblage de l’interface
sérielle avec l’ordinateur optionnel, nous vous conseillons de choisir
un connecteur DB9 mâle afin de pouvoir ensuite utiliser un câble
prolongateur série comme ceux permettant la liaison avec un modem série.
Un
soin tout particulier doit être apporté à l’assemblage du senseur et du
détecteur de proximité (PROX PLATE). L’électrode de ce dernier doit
être placée dans l’immédiat voisinage du senseur car son rôle est de
détecter la présence de la personne s’apprêtant à placer son doigt sur
la vitre du scanner.
Donc, l’électrode peut être constituée par un
simple conducteur, par exemple une plaque de cuivre ou de fer que l’on
repliera en anneau en lui donnant le format de la fenêtre du senseur
dans laquelle on le fixera. Pour éviter le contact direct, on peut le
recouvrir d’une fine pellicule plastique qui ne devra pas cependant
recouvrir la vitre du scanner. Il existe bien une autre solution
consistant à fixer sur le sol, devant le senseur, une plaque métallique
mais, ne serait-ce que pour des raisons de connexion électrique
déportée, elle est plus complexe, sans présenter pour autant un avantage
décisif.
Dans tous les cas, l’électrode doit être isolée de la terre
par du bois, du plastique, du caoutchouc, etc., sinon le fonctionnement
sera perturbé et la sensibilité réduite. N’oubliez pas de connecter
cette électrode au point PROX PLATE du circuit imprimé à l’aide d’un
morceau de fil de cuivre gainé.
Si vous voulez en savoir plus sur la
détection de proximité, nous vous conseillons de relire l’article “Un
interrupteur commandé par détecteur de proximité” dans ELM 28, page 54
et suivantes.
Figure 14.Notre
système de contrôle d’accès biométrique est conçu pour fonctionner de
manière autonome, sans être relié à un ordinateur. Ce dernier devient
pourtant nécessaire dans deux cas : lorsqu’on désire avoir un registre
informatique (login) des accès et lorsqu’on veut modifier les paramètres
d’acquisition du lecteur biométrique. A propos de cette dernière
caractéristique, il faut préciser que la configuration initiale est déjà
réglée en usine pour obtenir le maximum de prestations et pour
satisfaire à toutes les applications.
Dans tous les cas, cette
configuration peut être modifiée en installant et lançant sur un PC,
doté d’une quelconque version de WINDOWS, le logiciel “FDA01 Config”.
Il
faut relier le PC à notre unité centrale de contrôle d’accès et relier à
la masse son entrée “Config” (borne CNF) : la LED jaune doit s’allumer.
Le logiciel est livré avec le senseur.
La photo montre l’écran
d’accueil de FINGERPRINT CONFIGURATION où il est possible de
personnaliser les paramètres de balayage, contraste, luminosité, etc. En
particulier, “GAIN” permet de régler la définition, le contraste de
l’image, “BRIGHTNESS” la luminosité, “SECURITY LEVEL” l’exigence ou la
tolérance de la vérification.
Figure15 : A la fin d’une opération de vérification, l’unité de base envoie
un flux de données sérielles contenant l’ID de l’empreinte et le numéro
de l’unité (attribué grâce aux micro-interrupteurs DS1). Le flux est
composé de 7 bytes, respectivement : HEADER (coïncide avec le numéro
170), numéro d’unité (1 à 4), ID1, ID2, ID3, ID4, CHECKSUM. Le programme
en Basic, reporté dans cette figure, permet de visualiser sur l’écran
du PC ces paramètres.
REM File MF376.BAS Date: 26 mars 2001
REM Demo Version for Biometric Reader
REM (C) 2001 ELM
OPEN “COM1: 9600,N,8,1,ASC,CS0,DS0” FOR RANDOM AS #1
REM Formatage données -> Header, numéro unité, ID1, ID2, ID3, ID4, CHKCSK <-
LABEL1:
C$ = INPUT$(1, #1)
IF ASC(C$) <> 170 THEN
GOTO LABEL1
END IF
CLS
LOCATE 6, 15: PRINT “Waiting for fingerprint…”
R$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 8, 15: PRINT “Access to remote n.”; ASC(R$)
LOCATE 9, 15: PRINT “Date: “; DATE$
LOCATE 10, 15: PRINT “Time: “; TIME$
A$ = INPUT$(1, #1)
B$ = INPUT$(1, #1)
C$ = INPUT$(1, #1)
D$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 11, 15: PRINT “Person ID n.”; ASC(A$); ASC(B$); ASC(C$); ASC(D$)
C$ = INPUT$(1, #1)
LOCATE 12, 15: PRINT “CHKSUM = “; ASC(C$)
GOTO LABEL1
CLOSE #1
END
La liaison à l’ordinateur
Une
fois le câblage terminé et l’unité centrale alimentée (par une
alimentation secteur 12 Vcc, 600 mA – 330 mA pour la platine et 110 mA
pour le scanner à LED), on peut effectuer le débogage initial de la
platine à l’aide d’un PC. Pour cela, il suffit de relier l’unité
centrale à l’ordinateur, de connecter l’entrée “CONFIG” à la masse et de
lancer le programme sur l’ordinateur.
Tout d’abord, choisissez le port sériel utilisé et paramétrez la vitesse de commutation à 9 600 bauds.
Après
avoir confirmé, on accède à l’écran principal présentant les commandes
d’utilisation normale et le menu de configuration décrit figure 15.
Le logiciel est toutefois très intuitif à utiliser et il comprend un HELP (aide) expliquant clairement les diverses commandes.
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire