Hace unos meses me pidieron un curso personalizado centrado en el uso de tarjetas de proximidad (contactless cards) con tecnología Mifare desde Arduino. Aunque es una tecnología que ya había usado antes no la conocía lo suficiente como para dar un curso. Entonces pensé que lo mejor sería desarrollar algún proyecto con esta tecnología para empaparme bien de sus peculiaridades. Y lo que empezó como un miniproyecto de autoaprendizaje esta terminando en un monstruo que ya ocupa 30K de los 32K que tiene Arduino UNO!
Esta cerradura es bastante completa, tiene casi todas las funciones que se pueden desear en una cerradura electrónica:
– Cada cerradura puede manejar 100 tarjetas distintas en sus listas, si no se usan listas el número de tarjetas es de 255 para cada cerradura. Se pueden configurar 255 cerraduras distintas.
– Funcionamiento Tarjeta + PIN o solo tarjeta. El PIN puede ser de hasta 8 dígitos.
– Funcionamiento en modo Trust, en el que todas las tarjetas son aceptadas si contienen los datos cifrados correctos, o NO trust en el que las tarjetas deben ser introducidas previamente en una de las listas de cada cerradura.
– Listas: Blanca: tarjeta aceptada, util en el modo NO Trust. Negra: La tarjeta incluida en esta lista es rechazada y activa la alarma. Gris: La tarjeta es aceptada pero activa la alarma silenciosa. Gold: Las tarjetas de esta lista NO necesitan PIN, Es más cómodo operar la cerradura pero menos seguro si un usuario pierde la tarjeta.
– Pin de pánico. Si se introduce el PIN 2 se permite el acceso pero se activa la alarma silenciosa.
– Tarjetas personalizables con un mensaje de 16 caracteres que se muestra al usarlas.
– Dos franjas horarias de permiso en cada tarjeta, la tarjeta se rechaza fuera de esas franjas horarias.
– Tarjetas con fecha de caducidad preprogramable, pasada la fecha son rechazadas por las cerraduras.
-Anti Passback programable. Si se activa esta función es necesario salir antes de volver a entrar. Son necesarias cerraduras distintas para la entrada y la salida.
– Niveles de acceso: cada tarjeta se programa para abrir las cerraduras de igual o menor nivel, y no las de mayor nivel.
– Permisos: cada tarjeta se programa con unos permisos: abrir, administrar, cancelar alarma etc. Es posible crear tarjetas que solo permiten poner en hora la cerradura o cancelar la alarma.
– Cambio de PIN por el usuario. Introduciendo el PIN actual en cualquier cerradura.
– Cambio de PIN administrativo. Si un usuario olvida su PIN es posible cambiarlo sin conocerlo. Se necesita autorizar la operación con una tarjeta que tenga activo el permiso de cambio administrativo de PIN.
– Las tarjetas son compatibles con otros sistemas. Los datos almacenados en la tarjeta ocupan 2 bloques y 7 sectores y es posible configurar 4 zonas distintas. El lector busca datos válidos en cada una de las 4 zonas. Esto permite utilizar los bloques que dejan libres otros sistemas y trabajar conjuntamente. Yo lo he probado con tarjetas de vending de Autobar y funciona perfectamente: la tarjeta sigue siendo válida en las máquinas de vending y además funciona en las cerraduras.
– Datos cifrados. La tecnología mifare cifra los datos en las comunicaciones y tiene unas Keys de 48 bits pero es una tecnología ya rota. Existen distintos tipos de ataques que podrían revelar los datos contenidos en las tarjetas o incluso copiarlas. Esta cerradura cifra los datos con elalgoritmo XXTEA y una key de 128 bits. Aunque un atacante pudiera leerla y copiarla no podría averiguar el PIN ni modificar los datos.
– Registro de acceso en las tarjetas: en cada tarjeta se almacenan los 5 últimos usos, con fecha y hora, número de cerradura y tipo de acceso. Estos datos pueden consultarse desde el menú administrativo.
– Registro de acceso en la cerradura: cada cerradura almacena el último acceso de cada una de las 100 tarjetas distintas.
– Configuración sencilla desde PC mediante un programa terminal serie (o desde el entorno Arduino). Una vez introducidos los datos mínimos: password de comunicaciones y Keys es posible crear y administrar las tarjetas desde la propia derradura sin PC.
– Sin Keys ni password por defecto. Eso suele ser un foco de problemas de seguridad. La cerradura NO funciona si no se programa el password de comunicaciones. Es necesario programar también las Keys y recordarlas si quiere que distintas cerraduras sean compatibles entre si.
– Configuración sencilla mediante tarjeta administrativa ZeroCard que permite el acceso a todos os menús de configuración.
– Pantalla LCD de 2×16 para mostrar estado y configurar la cerradura.
– Realimentación visual con dos LED de estado y sonora con altavoz para un uso más cómodo.
-Salida de relé para alarma silenciosa en caso de que el usuario introduzca el PIN 2 con una tarjeta válida o si la tarjeta esta en la lista negra o gris.
– Interruptor anti tamper para detectar manipulación de la cerradura, con alarma y bloqueo del funcionamiento. Posibilidad de autodestrucción en caso de manipulación (se borran las keys y contraseñas).
– Detección de hardware en runtime, que permite detectar y dar alarma si falla el RTC o el lector MFRC522.
– Alarma retentiva, no se desactiva al quitar alimentación. Es necesario borrarla usando una tarjeta con el permiso de cancelar alarma.
– Posibilidad de desformatear las tarjetas y dejarlas en configuración de fábrica (transport). De esta forma pueden usarse en otros sistemas.
El hardware es bastante sencillo:
– Arduino UNO: https://www.tiendatec.es/arduino/placas/379-placa-uno-r3-atmega328p-cable-usb-compatible-arduino-uno-r3-8403790020005.html
– Reloj RTC por I2C zs-042 (chip DS3231): https://www.tiendatec.es/arduino/modulos/400-modulo-zs-042-reloj-en-tiempo-real-rtc-basado-en-ds3231-at24c32-para-arduino-y-raspberry-pi-8404001180013.html
– Lector RFID MFRC522: https://www.tiendatec.es/arduino/rf-rfid-nfc/394-modulo-rfid-rc522-kit-rfid-nfc-con-tarjeta-y-llavero-para-arduino-y-raspberry-pi-8403941180015.html?search_query=mifare&results=7
– Display LCD de 2 líneas de 16 caracteres por I2C: https://www.tiendatec.es/arduino/pantallas-displays/683-pantalla-lcd-1602a-16×2-bus-i2c-iic-azul-para-arduino-8406831590000.html
– Dos relés de nivel lógico: https://www.tiendatec.es/arduino/reles/521-modulo-ky-019-rele-1-canal-5v-para-arduino-8405211430004.html
– Teclado de matriz de 4×4 (aunque solo uso 3×4): https://www.tiendatec.es/arduino/componentes-de-entrada/384-teclado-membrana-4×4-teclas-con-adhesivo-8403841270014.html
– Algunos componentes sueltos: 2 resistencias de 330 Ohmios, un LED rojo y otro verde, un condensador electrolítico de 10uF y 16V, un altavoz de 8 Ohmios y un microinterruptor o contacto reed. También son necesarias algunas resistencias más para convertir el teclado de matriz a analógico: 2 resistencias de 4K7, dos de 1K5, dos de 15K, y una de 2K2.
El esquema es este:
Y el montaje práctico este:
El programa del Arduino necesita algunas librerías adicionales:
Para gestionar el lector MFRC522: https://github.com/miguelbalboa/rfid
Para gesionar el display LCD por I2C: https://github.com/marcoschwartz/LiquidCrystal_I2C
Para gestionar el reloj RTC DS3231: https://github.com/adafruit/RTClib Esta librería la he modificado para detectar, en cada lectura, si el chip RTC esta presente, de forma parecida a como funciona esta otra: https://github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC
Mi librería RTClib: RTClib_heli
Para que el programa funcione correctamente es necesario que la memoria EEPROM del Arduino este vacía (a 0xFF). En esta memoria se graban datos importantes, la contraseña de comunicaciones etc y si tiene valores incorrectos no podremos comunicar con la cerradura, ni podrá leer las tarjetas. Lo mejor es borrar previamente la memoria EEPROM, por ejemplo con este programa: http://heli.xbot.es/?p=415
Aunque no esta totalmente terminado y me faltan por probar de forma exaustiva algunas funciones el programa es completamente funcional. Todos los ficheros del proyecto, con los fuentes para Arduino, librerías y esquemas: Cerrojus 0.7.B
Así se ve el prototipo:, la electrónica con arduino y el teclado cony del display LCD. El lector MFRC522 esta pegado tras el teclado y es capaz de leer las tarjetas a través de él.
Y esta es la vista de los circuitos en la parte trasera:
Para el funcinamiento seguro de la cerraura se usan varias Keys y contraseñas que se almacenan en la EEPROM del arduino. Cuando se carga el programa por primera vez deben configurarse con los valores adecuados. Si queremos que distintas cerraduras sean compatibles entre sí deben configurarse con las mismas keys. Esta configuración inicial se realiza desde el propio entorno arduino de programación, mediante el monitor serie.
En el primer uso el menú de administrador no necesita autorización. La primera tarjeta que se cree será la ZeroCard que es la tarjeta administrativa con todos los permisos activos. Después el acceso a los menús necesitará una autorización usando una tarjeta y el PIN correspondiente, dependiendo de los permisos de la tarjeta estarán activos unos menús u otros.
Usando la ZeroCard es posible gestionar todas las funciones de la cerradura y administrar las demás tarjetas, sin necesidad de PC.
En la siguiente entrada el manual de configuración y el manual de uso!
