Der RasPi gilt nicht umsonst als Tausendsassa – in Verbindung mit einem RFID-Modul eignet er sich sogar dafür, Türen nur Berechtigten automatisch zu öffnen.
Bei RFID (“radio-frequency identification”) handelt es sich um eine Technik, die Objekte mittels Radiowellen identifiziert. Dieses Verfahren ist älter, als die meisten glauben: Bereits im Zweiten Weltkrieg kam Freund-Feind-Erkennung mittels Sekundärradar zum Einsatz. Heute dient RFID für alle Arten der Objektidentifizierung, Zugriffskontrolle, Diebstahlsicherung und auch für bargeldlose Zahlungssysteme.
Ein RFID-System besteht prinzipiell aus einem Transponder sowie einem Lesegerät, das die Kennung des Transponders ausliest. Vereinfacht dargestellt erzeugt das Lesegerät ein elektromagnetisches Wechselfeld, das den Transponder mit Energie versorgt. Das bewirkt, dass der Transponder die Eigenschaften des Wechselfelds derart beeinflusst, dass das Lesegerät ihn eindeutig identifizieren kann.
Das erlaubt einen berührungsfreien Austausch der Transponderkennung. Die zur Identifikation eingesetzten Geräte verwenden normalerweise NFC (“near field communication”). Das bedeutet, dass der Transponder sehr nah an das Lesegerät herangebracht werden muss – bei der hier beschriebenen Lösung auf etwa 3 Zentimeter.
Tür
Als Katzentür dient eine einfache Sperrholzkonstruktion (Abbildung 1). Wichtig dabei: Die Tür muss etwa 1 Millimeter kleiner ausfallen als der Rahmen, der sie führt. Die Abstandsleisten montieren Sie als Führung für die Tür.
Abbildung 1: Der Bauplan für die Katzenklappe.
Diese muss in der vorliegenden Beispielkonstruktion von allein nach unten fallen können. Ein kleiner Servomotor hebt und senkt die Tür über einen Faden (Abbildung 2). Das RFID-Modul kleben Sie direkt neben dem Eingang fest. Mit etwas Geschick dauert der komplette Aufbau etwa zwei bis drei Stunden.
Abbildung 2: Links sehen Sie die Rückansicht der Tür, rechts die Vorderansicht (Eintrittsseite). Hier residiert auch das RFID-Modul.
RFID-Modul
Das Kernstück des Projekts bildet das RFID-Modul [1], das auf dem MFRC522-Chip [2] basiert. Er lässt sich seriell über I2C oder mit der SPI-Schnittstelle ansteuern. Das RFID-Modul führt jedoch nur die SPI-Schnittstelle heraus, was aber kein Problem darstellt, da der RasPi auch diese mitbringt.
Die Betriebsspannung des Moduls beträgt 3,3 Volt, die Stromaufnahme liegt bei maximal 26 mA, was die GPIO des Raspberry auch problemlos liefert. Das Modul arbeitet mit einer Frequenz von 13,56 MHz und kann damit alle üblichen Karten lesen oder auch beschreiben. Die Tabelle “RFID-Modul zu GPIO” zeigt, wie Sie das Modul an den Raspberry Pi anschließen.
RFID-Modul zu GPIO
|
Modul |
Raspberry Pi |
Pin |
|---|---|---|
|
SDA |
GPIO 8 (CE0) |
24 |
|
SCK |
GPIO 11 (SCLK) |
23 |
|
MOSI |
GPIO 10 (MOSI) |
19 |
|
MISO |
GPIO 9 (MISO) |
21 |
|
IRQ |
||
|
GND |
GND |
25 |
|
RST |
GPIO 25 |
22 |
|
3,3V |
3,3V |
1 |
Servomotor
Die Stromversorgung für den Servo zum Öffnen der Klappe sollte nicht direkt aus der GPIO stammen: Die Störungen, die der Motor verursacht, könnten den RasPi zum Absturz bringen. Auch sollten Sie die Steuerleitung für den Servo nicht direkt an die GPIO anschließen, da diese im Fehlerfall den Raspberry ernsthaft beschädigen könnte.
Die Lösung des Problems: Ein Spannungswandler erzeugt aus einer beliebigen Gleichspannungsquelle die Betriebsspannung für den Servomotor und eine einfache Transistorstufe entkoppelt die Steuerleitung. Letztere hebt zusätzlich die Signalpegel der GPIO (3,3 Volt) auf die Betriebsspannung des Servos an (Abbildung 3). Als Transistor haben wir einen BC547B verwendet, es tut an der Stelle aber fast jeder beliebige NPN-Transistor.
Abbildung 3: Der Schaltplan zum Anschluss des RFID-Moduls und Servomotors an den Raspberry Pi.
Als Spannungswandler dient uns ein OKLT1W12NC [3]. Das relativ preisgünstige Modul hat allerdings nur einen Wirkungsgrad von etwa 90 Prozent und liefert maximal 1 Ampere. Zwar ist das Modul für eine SMD-Bestückung vorgesehen, durch geschicktes Auflöten einer Pfostenleiste lässt es sich jedoch ohne Probleme in eine Lochrasterplatine einsetzen.
Der Trim-Anschluss des Spannungsreglers liegt über einen veränderbaren Widerstand an Masse an. Der Wert des Widerstands beeinflusst die Höhe der Ausgangsspannung. Wir haben eine Kombination aus einem festen Widerstand und einem 500-Ohm-10-Gang-Poti gewählt; damit lässt sich die Betriebsspannung des Servos (meist 6 Volt) recht leicht einstellen.
