TFG: Design and implementation of an access control system based on NFC technology

 

The B105 Electronic Systems Lab has an electronic access system in its door based on a Radio Frequency Identification (RFID) card reader. This system was developed more than 12 years ago so the technology it uses is obsolete and several of its features are out of use. The development of this degree project is intended to implement an alternative to this access control system based on Near Field Communication (NFC) technology.

The RFID system requires the use of physical cards, which are easily misplaced and force the user to carry them around with him/her to enter the laboratory. To solve this problem, the new system allows the users to open the door using their smartphone. This makes it even easier to enter the laboratory, as users always have their mobile phone with them. In addition, users are assigned specific entry times, providing greater security and a better access control to the laboratory.

There is an equipment reservation management service in the laboratory that already has a database of members, an application and an administration website. Therefore, these resources have been used to facilitate the implementation of the new system and avoid data replication on the server.

Once the system has been implemented, any user who is registered in the system and has certain permissions can open the door by bringing their mobile phone closer to the reader. To achieve this, the existing access system has been built on and relevant technologies have been studied.

The development and implementation work has been divided into three blocks: the NFC reader, the application and the server. The reader, integrated into the door opening system, acts as an intermediary between the application and the server. On the other hand, the application only has to emulate the access card and send the entry request. Then, the server evaluates this request checking the user information and its database and it sends a response to the reader. Depending on the message received, the reader opens the door or not and finally informs the user of the decision.

Certificación del proyecto Lázaro ante el CDTI

Hoy hemos recibido la visita del CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial) para certificar nuestro proyecto Lázaro. Este proyecto se ha realizado junto a Valoriza Servicios a la Dependencia y ha constado de dos partes muy diferenciadas. Por un lado debía desarrollarse un sistema de monitorización para residencias, en el que fuera posible medir parámetros biométricos de los residentes así como controlar forma domótica las estancias a través de una red de sensores. La segunda parte del proyecto tenía como objetivo desarrollar un sistema automático de detección y caracterización de barreras arquitectónicas. La certificación ha sido exitosa ya que se han cumplido los objetivos marcados de manera satisfactoria y se ha determinado la usabilidad del sistema en entornos reales.

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Dentro del primer subobjetivo, realizado por davidtrc, se ha diseñado y fabricado una pulsera wearable capaz de medir temperatura, ritmo cardiaco y saturación de oxígeno. Además se ha desarrollado una aplicación Android, que recoge y muestra los datos obtenidos por la pulsera y es capaz de gestionar múltiples pacientes y usuarios.

En el contexto del segundo subobjetivo, llevado a cabo por albarc, se ha desarrollado una aplicación Android basada en la plataforma Google Tango de visión artificial y realidad aumentada. Mediante esta aplicación, los inspectores de residencias pueden automatizar la labor de medir y caracterizar los edificios en lo que respecta a su accesibilidad. Particularmente la aplicación es capaz de medir la inclinación de rampas de acceso y la anchura de puertas, ascensores y entradas.

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Aplicación Android para la detección de barreras arquitectónicas

Una de las dos líneas de desarrollo dentro del proyecto Lázaro está dedicada a la detección y caracterización de barreras arquitectónicas en edificios. Para ello en el B105 hemos desarrollado una aplicación Android aprovechando la plataforma de visión artificial Google Tango.

La aplicación está destinada a medir el ángulo de inclinación de las rampas de acceso para personas con movilidad reducida. Hasta ahora, los operarios que realizaban esta tarea debían efectuar medidas y cálculos a mano sobre las rampas. Con esta app la medida del ángulo consiste simplemente en un toque sobre la pantalla.

Para evitar posibles imperfecciones en la medida se le pide al usuario que realice dos mediciones de cada rampa, guardándose la media entre ambas. En la aplicación existe una pantalla de ayuda que explica el proceso al usuario.

Además de esto, en la aplicación pueden consultarse todas las medidas que se han realizado anteriormente con el dispositivo y hacer capturas de pantalla de las mediciones.

El eSpMART105 toma forma

Dentro de la colaboración del B105 ESL con la empresa Valoriza nace el proyecto Lázaro, con el objetivo de crear un sistema para la detección automática de barreras usando visión por ordenador y realidad aumentada.

Además de este primer objetivo, el proyecto persigue otra importante meta, el desarrollo de una red de sensores inalámbrica para monitorizar las condiciones de vida de personas con necesidades especiales, como ancianos o personas con minusvalía.

Es dentro de este segundo objetivo donde nace nuestro wearable: eSpMART105.

El dispositivo que hemos desarrollado es una pulsera, capaz de medir la temperatura (ya sea ambiente o corporal del paciente), medir su ritmo cardíaco, su saturación de oxígeno y monitorizar su actividad diaria, detectando posibles caídas y avisando al personal que se encuentre a cargo de dicho paciente.

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Pulsera eSpMART105

Gracias a una aplicación móvil para Android, también desarrollada por nosotros, el personal sanitario puede en todo momento consultar el estado del paciente, ver un registro de sus últimas medidas, así como cambiar la periodicidad de las mismas, consultar su historial clínico, recibir alertas sobre posibles valores anómalos en el paciente o caídas y administrar, sencillamente desde el móvil, a todos los pacientes de la residencia.

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Una de las vistas de la aplicación

La comunicación entre la pulsera y el móvil se realiza mediante Bluetooth Low Energy, el más actual de los estándares Bluetooth disponibles.

Además, en caso de que se detecte un evento de gran peligrosidad como una caída o un pulso anormalmente alto, la pulsera es capaz de realizar una búsqueda exhaustiva de puntos de acceso Wi-Fi almacenados en su base de datos y establecer conexión con ellos, enviando el aviso. Esto hace a nuestra solución capaz de comunicarse con dos de las tecnologías inalámbricas más ampliamente usadas en el mercado actual. Todo ello con un consumo muy bajo, que permite a la pulsera (dependiendo de los intervalos de medición de parámetros del paciente) una vida de hasta dos semanas. Para el desarrollo de esta pulsera nos hemos basado en el ESP32, un dispositivo genial para desarrollo debido a su integración en un reducido tamaño de Wi-Fi y Bluetooth, así como numerosos GPIO’s, I2C, SPI, UART, control para pantallas táctiles y mucho más.

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ESP32

La caja de la pulsera, así como su correa es también diseño nuestro. Ha sido impreso en material 3D, recurriendo a filamento rígido transparente para la caja, pues la rigidez de este material aporta robustez mecánica al diseño, y material blanco flexible para la correa, compuesto que la hace más cómoda de llevar.

Paralelo a este desarrollo hemos recurrido a relojes de la marca Pebble, que permiten programar aplicaciones en C e incorporan también comunicación Bluetooth y sensor de ritmo cardíaco. Gracias a este reloj podemos obtener datos nuevos del paciente como su nivel de actividad, sus pasos diarios y una segunda medición de ritmo cardíaco, que aporta robustez a la medida de nuestro sistema. Los datos que recoge esta otra pulsera son también enviados a la misma aplicación de Android, quedando por tanto, toda la información del paciente centralizada.

TFG: DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN ANDROID PARA EL CONTROL Y GESTIÓN DE UNA RED INALÁMBRICA DE SENSORES

Las redes inalámbricas de sensores están experimentando un crecimiento en los últimos años, debido a la necesidad cada vez más frecuente de obtener datos de nuestro entorno. Estas redes, al estar enfocadas al bajo consumo, y por tanto muy limitadas en recursos, no tienen una forma sencilla de mostrar sus datos al usuario. Esto provoca la necesidad de una interfaz de usuario cómoda para el manejo de las redes de sensores.

En un anterior proyecto, aplicado a la red de sensores de Prometeo (proyecto finalizado hace varios años, que ayuda a la prevención de incendios forestales) se solucionó este problema desarrollando una pasarela de comunicaciones entre la red y un smartphone. Esta fue una buena solución, ya que la mayoría de las personas llevan un móvil encima, y la red de sensores de Prometeo utiliza radiofrecuencia en sus telecomunicaciones, no accesible por los teléfonos móviles. La pasarela se podía comunicar con la red de sensores por radiofrecuencia, además de disponer de un puerto USB para la comunicación con un dispositivo Android.

Este proyecto parte de las limitaciones que presenta el anterior: la aplicación utilizada era algo inestable e implementaba un protocolo antiguo de la red de Prometeo. Se desarrolla en este proyecto una nueva aplicación Android con un diseño fuertemente modular y flexible para su posible uso en otras redes de sensores. Además, se ha rediseñado la anterior pasarela para que permita una comunicación Bluetooth Low Energy (BLE) en vez de USB.

El desarrollo de este proyecto, después del estudio de las tecnologías a usar, ha tenido lugar a través de los siguientes pasos generales:

  • Diseño y desarrollo de una aplicación Android que permita una conexión USB implementando el nuevo protocolo de Prometeo.
  • Desarrollo de un emulador de la pasarela del anterior proyecto, para que implemente el nuevo protocolo de Prometeo y permita probar la aplicación.
  • Rediseño de la anterior pasarela para que implemente BLE, con su posterior soldadura de componentes y programación del microcontrolador.
  • Dotación de la aplicación Android con la posibilidad de conectarse mediante BLE con la nueva pasarela diseñada.