Pametni sistem za vstopanje v prostore z uporabo oblačne platforme Azure

Predlagan sistem vključuje različne tehnološke rešitve na področju interneta stvari, in vključuje mikroračunalnik Raspberry Pi 3B+, senzor gibanja (PIR senzor), magnetno stikalo uporabljeno kot senzor stanja vrat, električno ključavnico, Bluetooth tehnologijo za detekcijo prisotnosti registriranih naprav, IoT protokol MQTT, in oblačno platformo Azure za registriranje uporabnikov in nadzor vrat upoštevaje čas. 

V projektu predstavljamo rešitev, s katero smo omogočili enostavnejšo vstopanje v prostore. Predlagan sistem vključuje različne tehnološke rešitve na področju interneta stvari, in vključuje mikroračunalnik Raspberry Pi 3B+, senzor gibanja (PIR senzor), magnetno stikalo uporabljeno kot senzor stanja vrat, električno ključavnico, Bluetooth tehnologijo za detekcijo prisotnosti registriranih naprav, IoT protokol MQTT, in oblačno platformo Azure za registriranje uporabnikov in nadzor vrat upoštevaje čas. V dveh povezanih tabelah se shranjujejo podatki o MAC naslovih registriranih naprav in pripadajočimi identitetami lastnikov, kar ureja pooblaščena oseba. Vsi podatki, ki se beležijo so dostopni kjerkoli, čeprav sistem deluje v lokalnem omrežju. Cilj razvoja sistema je bil poenostaviti vstop v prostor tako, da se ne potrebuje klasičen univerzalen ključ za vstop v prostor, ki je opremljen z električno ključavnico in tudi zagotoviti večjo varnost vstopanja v prostore, ki se uporabljajo za izvajanje pedagoškega procesa ali pa gre tam za delovni prostor zaposlenih.

Osnovna funkcionalnost predlaganega sistema je odklepanje vrat ob uporabi registrirane Bluetooth naprave s pripadajočim MAC naslovom, ki ima dodeljeno dovoljenje za vstopanje v določeni prostor in je hkrati v dosegu ključavnice oziroma blizu vrat prostora. Prisotnost osebe pri vratih zaznava detektor gibanja PIR senzor, ki sproži zahtevo za preverjanje tudi prisotnosti mobilne naprave in pripadajoči Bluetooth MAC naslov, vendar pa se izvede samo v primeru, da so vrata zaklenjena. Stanje vrat se namreč preverja z dodatnim magnetnim stikalom, ki je nameščeno na vratih. Stanje vrat in odobritev vstopa se dodatno beleži na oblačni platformi Azure IoT Hub, kar omogoča spremljanje dogajanja na ključavnici vrat prostora od kjerkoli, čeprav sistem sam deluje v lokalnem omrežju. Pri razvoju sistema smo si zadali za cilj, da za odklepanje vrat uporabnik ne bi potreboval nobenih dodatnih naprav, razen mobilnega telefona, ki nas dandanes spremlja na vsakem koraku. Za takšno idejo je potrebna senzorska, komunikacijska in programska nadgradnja na obstoječi infrastrukturi oziroma izbranem prostoru. Predlagan sistem omogoča tudi enostavno nadgradnjo programske in strojne opreme, kar se tiče senzorjev, krmiljenja in detekcije gibanja. Sistem smo želeli narediti čimbolj univerzalen in enostaven. Pri tem smo bili omejeni z že obstoječo električno ključavnico, ki je nameščena v danem prostoru.

Program smo napisali v programskem jeziku Python na operacijskem sistemu Raspbian. Strojna oprema je temeljila na mikroračunalniku Raspberry Pi, pri čemer smo za potrebno nadgradnjo predvideli uporabo njenih GPIO priključkov. Da bi se izognili direktnemu spajkanju komponent na mikroračunalnik, smo se odločili za izvedbo nadgradnje z razširitvenim modulom. Vsi modeli družine Raspberry Pi imajo GPIO priključke razporejene na enak način, kar je poenostavilo razvoj strojne nadgradnje mikroračunalnika. Prototip smo razvili s ciljem po čim večji modularnosti, oziroma v obliki razširitvenega modula (angl. HAT)  za to družino mikroračunalnikov. To je omogočilo, da lahko prototip zapakiramo v majhno ohišje in tudi enostavno zamenjamo mikroračunalnik, če je to potrebno.

S pomočjo orodja Altium Designer smo narisali ustrezno shemo vezja in načrtali tiskanino. Na tiskanino smo vključili tri elektromagnetna stikala (releje). Eno služi za krmiljenje električne ključavnice, ostala dva pa služita celotnemu sistemu, ki se izvaja z ustrezno programsko opremo na mikroračunalniku, neodvisno od našega sistema za pametno ključavnico. Na tiskanini smo predvideli priključek za magnetno stikalo oziroma senzor za stanje vrat, priklop električne ključavnice, in tudi dva priključka za celotni sistem IoT prostora. Dodali smo še luknje za boljšo pričvrstitev razširitvenega modula na mikroračunalnik. Za  načrt smo uporabili shemo iz tehniške dokumentacije mikroračunalnika Raspberry Pi.