Sistema de Controle de Acesso Baseado na PlataformaNodeMCU

Rayanne M. C. Silveira1, Shigeaki de Lima Leite1

1Universidade Federal do Maranhao (UFMA)Av. dos Portugueses, 1966 Bacanga – 65.080-805 – Sao Luıs – MA – Brasil

rayannesilveira17@gmail.com, shigeaki@ufma.br

Abstract. Currently (XXI century) , the high rate of violence has contributed tothe use of access control systems. RFID is a promising technology for this typeof application, considering the speed and accuracy , in addition to the low costwhen compared to other mechanisms . Given the need for greater control ofaccess to buildings of the Federal University of Maranhao , it was proposed inthis paper an access control system based on RFID technology.

Resumo. Atualmente (seculo XXI), o alto ındice de violencia tem contribuıdopara o a utilizacao de sistemas de controle de acesso. O RFID e uma tecnologiabastante promissora para esse tipo de aplicacao, considerando a rapidez e pre-cisao, alem do baixo custo quando comparado a outros mecanismos. Tendo emvista a necessidade de maior controle de acesso aos predios da UniversidadeFederal do Maranhao, foi proposto neste trabalho um sistema de controle deacesso baseado na tecnologia RFID.

1. Introducao

Com o atual contexto socio-economico do paıs, o alto ındice de violencia temcontribuıdo para o aumento do numero de servicos de seguranca, como por exemplo,empresas especializadas em seguranca patrimonial e pessoal, que vao desde a colocacaode blindagem em carros, cerca eletrica em residencias, cameras de vıdeo, alarmes ate afigura fısica de um seguranca armado, ou seja, a populacao ativa tem investido nessesservicos, bem como as pequenas, medias e grandes empresas.

Dentre as forma de seguranca ja relacionadas, o simples controle de acesso paraentrada e saıda de um estabelecimento publico ou privado, tem sido o primeiro passo nocontrole da seguranca [NETO 2008]. Logo, o desenvolvimento de diversos mecanismosde autenticacao, tem contribuıdo diretamente para o surgimento de diferentes sistemas decontrole. Entre as tecnologias mais utilizadas podem ser citadas o reconhecimento fa-cial, reconhecimento de voz e a identificacao pela ıris. Porem existem outras tecnicas deidentificacao automatica como o codigo de barras e a RFID (Radio-Frequency Identifi-cation) [Boccucci 2010] que tem uma maior abrangencia, possivelmente devido ao custoem relacao as demais.

Os sistemas de controle de acesso sao compostos por mecanismos de identificacaoautomatica que irao restringir o acesso a um determinado recurso [Martins et al. 2004].Quando e aplicado a seguranca, varios fatores como confiabilidade, precisao e rapidezdevem ser considerados na escolha da tecnologia a ser utilizada.

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861

Um outro fator que tem impulsionado o uso de sistemas de controle de acessoe a popularizacao de plataformas que utilizam microcontroladores, como o Arduıno,Raspberry, Beaglebone, Cubieboard, etc.. Pois, esses sistemas precisam de dispositivosque realize a comunicacao entre o mecanismo de identificacao e a base de dados para aautenticacao.

Tendo em vista a viabilidade funcional e economica desse tipo de sistema,observou-se que os predios da Universidade Federal do Maranhao (UFMA) seriam umbom local para se aplicar este tipo de tecnologia, uma vez que a reducao significativados recursos oriundos do Governo Federal, representaram cortes na seguranca patrimo-nial e pessoal (professores, alunos e tecnicos administrativos) e ocasionaram um aumentoem acoes criminosas dentro do Campus da UFMA, sendo notoria a necessidade de umcontrole de acesso aos predios do Campus.

Um outro desdobramento e que, alem da seguranca patrimonial, um sistema decontrole de acesso permite monitorar a frequencia de bolsistas em diversos laboratorios,pois faz o registro dos usuarios que estiveram em determinado setor [NETO 2008].Observa-se que se a tecnologia adotada for baseada em RFID, o custo podera ser menor,ja que todos os alunos e servidores possuem um cartao de acesso que pode ser utilizadona autenticacao.

Nesse contexto, pode-se perceber que existe uma necessidade de controle deacesso aos predios da UFMA, restringindo-o apenas a pessoas autorizadas. Logo, nestetrabalho e proposto um prototipo de sistema de controle de acesso, utilizando a plataformaNodeMCU [Skraba et al. 2016], sendo a tecnologia de autenticacao baseado no cartaocom RFID.

2. Sistema proposto

O objetivo principal do sistema proposto e gerenciar o acesso de pessoas autori-zadas nos predios da Universidade Federal do Maranhao, bem como registrar os horariosem que cada usuario cadastrado acessou o local. Isto permite, por exemplo, em caso defurtos/roubos identificar a ultima pessoa que teve acesso no momento do delito.

O mecanismo de autenticacao a ser utilizado sera baseado na tecnologia RFID, as-sociada a uma plataforma microcontrolada, a qual permite a conexao Wi-Fi para a trans-missao dos dados ao servidor. A organizacao do sistema sera em tres camadas, comoilustrado na Figura 1.

A comunicacao entre as camadas e feita de diferentes formas. Entre a primeiracamada e a segunda, a comunicacao ocorre entre a plataforma NodeMCU e os compo-nentes eletronicos conectados nas portas do dispositivo. Ja a comunicacao entre a segundae a terceira camada e feita atraves do protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol)[Fielding et al. 1999].

2.1. Tecnologia RFID

O RFID e uma tecnologia de identificacao que utiliza a radio-frequencia para oenvio e recebimento de dados armazenados em um microcircuito [NETO 2008]. Geral-mente os dados a serem lidos estao gravados em uma etiqueta de radio identificacao,denominada Tag ou Transponder.

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861

Figure 1. Arquitetura do sistema proposto

O sistema de RFID e composto por tres componentes basicos: dispositivo deleitura, transponder e computador [Oliveira and Pereira 2010]. O dispositivo de leitura ecomposto por uma antena e um transceiver com decodificador e emite um campo eletro-magnetico que alimenta o transponder o qual como resposta, envia os dados armazenadosem memoria. A funcao do computador e receber esses dados e realizar o tratamento deacordo com a aplicacao implementada.

No sistema proposto, o dispositivo de leitura utilizado foi um modulo baseado nochip MFRC522 da NXP [Semiconductors 2014]. Esse modulo tem a capacidade de gerarum arco eletromagnetico capaz de absorver as informacoes geradas pelas etiquetas paraidentificar as informacoes na Tag [Boccucci 2010].

Foi idealizado o uso do RFID devido a existencia de uma grande variedade de arti-gos na literatura especializada que permitem um bom conhecimento, alem de comprovaras vantagens relacionadas a esta tecnologia, dentre as quais o baixo custo. No sistemaproposto, sao destacadas outras vantagens alem do baixo custo, o qual torna o sistemaatrativo: a menor ocorrencia de falhas, menor tempo de identificacao, maior controlede seguranca, nao necessita de contato fısico, e mais eficiente no controle de frequencia(sistema de ponto) e possui alta precisao e confiabilidade dos dados lidos.

Alem dos pontos positivos que colaboraram para a utilizacao deste mecanismo,ha tambem alguns aspectos apontados como desvantagens em alguns trabalhos, todaviaessas desvantagens nao se aplicam ao tipo de sistema proposto, como por exemplo, o altocusto relacionado as tags [Boccucci 2010]. Este custo ja esta incorporado aos cartoes deacesso de cada aluno ou servidor, nao havendo a necessidade de um novo investimento.

2.2. Plataforma de Desenvolvimento

A plataforma utilizada para o desenvolvimento do projeto e o NodeMCU, sendocomposta por um modulo ESP8266 e um microprocessador de 32 bits com suporte aconexao Wi-Fi, alem de uma portas de alimentacao e programacao, 10 entradas digitais euma analogica [Molloy 2016].

O uso do ESP8266(NodeMCU) tem se tornado comum por dois fatores: o baixocusto e os recursos suficientes para diversas aplicacoes que envolvam a Internet das Coisas(Internet of Things - IoT) [Singh et al. 2014]. Como o sistema proposto deve possuir um

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861

baixo custo e realizar uma comunicacao entre sensores e um servidor, esse dispositivo eo mais adequado.

2.3. Funcionalidades

O sistema proposto para o controle de acesso devera possuir algumas funcional-idades, as quais torne vantajoso um investimento realizado pela universidade. Alem derealizar o controle do acesso por meio da autenticacao entre os dados adquiridos peloRFID e os dados contidos no servidor, o sistema devera permitir o cadastro de novosusuarios e armazenar os horarios em que o usuario acessou determinado local, semel-hante ao sistema de pontos.

A autenticacao e a uma das principais funcoes do sistema, a qual o objetivo ecomparar o valor lido pelo RFID, referente ao cartao de acesso do usuario com os val-ores registrados como usuarios permitidos. Todavia, para realizar a autenticacao outrasfuncoes devem ser implementadas, como a funcao de leitura do cartao e a funcao deliberacao do acesso, caso o usuario esteja autorizado. Essas funcoes serao implementadasna plataforma NodeMCU.

3. MetodologiaO trabalho seguiu uma metodologia que compreende diferentes etapas, no qual o

objetivo principal foi desenvolver um prototipo do sistema proposto. Para concretizar esseobjetivo foi necessario desenvolver aspectos importantes de todo sistema computacional,do software ao hardware.

Alem desses componentes tambem foi utilizado um banco de dados para ar-mazenar os dados aquisitados pelo sistema. A descricao da metodologia pode ser di-vidida em tres etapas: desenvolvimento do banco de dados, do software (Algoritmo) e dohardware (prototipagem).

3.1. Banco de Dados

O sistema proposto devera conter um banco de dados, em que as informacoesnecessarias para a operacao possam ser armazenadas. O banco de dados desenvolvidopossui uma entidade usuario, que contem informacoes como codigo de acesso, nome,laboratorio e um identificador unico (Id), utilizado como chave primaria. O acesso ao lo-cal tambem foi abstraıdo como uma entidade possuindo como atributos, um identificadorunico, tambem como chave primaria, o horario de acesso e o identificador do usuario querealizou o acesso.

3.2. Software

O software compreende a parte nao fısica do sistema [Velloso 2014], as rotinasdo sistema e as funcoes responsaveis por realizar as operacoes esperadas que o sistemarealize. O software tambem pode ser discutido atraves de duas perspectivas: a aplicacaoWeb e a plataforma microcontrolada.

Na aplicacao Web, o software se resumiu a uma serie de rotinas de comunicacaocom o banco de dados para buscar ou inserir informacoes, de acordo com a requisicao dosistema. As rotinas foram implementadas utilizando conceitos de MySQLi e php (Hyper-text Preprocessor)[Niederauer 2004].

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861

Ja o software desenvolvido no controlador (NodeMCU), possui uma serie de roti-nas implementadas e responsaveis por cada funcionalidade que o sistema oferece. Di-retamente ligado com a aplicacao Web, a NodeMCU recebe os valores lidos no sensor(MFRC522), realiza o tratamento dos dados e envia para a aplicacao Web.

3.3. HardwareComo ja mencionado, o prototipo consiste nao so em software, mas tambem em

hardware. O hardware pode ser definido como a parte fısica de um sistema computacional[Velloso 2014]. No prototipo do sistema proposto o hardware e composto por em algunscomponentes: a plataforma NodeMCU, o modulo rele e o dispositivo de leitura de RFID.

4. ResultadosPara a validacao do sistema proposto foi desenvolvido um prototipo, o qual per-

mitiu verificar o funcionamento dos componentes implementados. Para a realizacao desteprototipo foi utilizado uma placa tipo trilha perfurada e as conexoes foram feitas uti-lizando trilhas de solda, como ilustrado por meio das Figuras 2(a) e Figura 2(b).

(a) Area frontal doprototipo

(b) Area de conexaodas trilhas

Figure 2. Prototipo desenvolvido

Junto com o prototipo foi desenvolvida uma aplicacao Web, a qual demonstraque a comunicacao com o banco de dados foi realizada com sucesso. Os protocolosdesenvolvidos para busca e criacao de dados utilizando o MySQLi tambem funcionaramde acordo com o projeto.

Com a realizacao da simulacao foi possıvel observar que o sistema correspondeude forma satisfatoria. As funcoes de leitura e liberacao de acesso apresentaram um tempode resposta menor que 2 segundos, podendo variar de acordo com a instabilidade da rede.

Portanto, como a comunicacao entre o NodeMCU/banco de dados e perifericosfuncionam perfeitamente, pode-se considerar que o sistema apresenta uma boa eficiencia,do ponto de vista que as rotinas mencionadas representam o ponto inicial e a respostafinal do sistema.

O custo medio para desenvolvimento do prototipo foi de R$175,00, com issopode-se ressaltar a viabilidade da aplicacao do sistema proposto, pois apresenta umcusto menor se comparado ao sistemas de reconhecimento de voz (R$319,90), digital(R$414,90) ou outras tecnicas de identificacao biometrica.

5. ConclusaoO trabalho esta bem evidenciado dentro do contexto atual da internet das coisas,

no qual o uso de tecnologias de identificacao automatica estao se popularizando. Um dos

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861

principais aspectos que torna a tecnologia adequada para esta proposta foi a razoabilidadedos custos, ou seja, o sensor RFID, a plataforma NodeMCU e demais componentes pos-suem um baixo custo comercial, alem do uso dos cartoes de acesso da universidade comoTag, o qual corrobora para o uso desta tecnologia.

Quanto as funcionalidades do sistema, pode-se observar que no desenvolvimentodo prototipo foi possıvel destacar as principais funcoes da composicao do software (al-goritmo), como a autenticacao do usuario, registro de acesso, cadastro e consulta dohistorico de acessos, permitindo que o conceito possa ser replicado.

Nesse contexto, conclui-se que o sistema proposto e viavel tanto em complexi-dade de desenvolvimento quanto em custo, fatores essenciais para a proposta do trabalho,uma vez que um custo mais elevado inviabilizaria a aplicacao nos diversos predios dauniversidade.

ReferencesBoccucci, G. E. F. (2010). Sistema de monitoracao e controle de acesso para condomınios

utilizando a tecnologia de identificacao por radio frequencia (rfid).

Fielding, R., Gettys, J., Mogul, J., Frystyk, H., Masinter, L., Leach, P., and Berners-Lee,T. (1999). Hypertext transfer protocol–http/1.1. Technical report.

Martins, A., Saukas, E., and Zanardo, J. (2004). Scai: Sistema de controle de acesso paraos requisitos da saude. In Anais do IX Congresso Brasileiro de Informatica em Saude.

Molloy, D. (2016). Wireless communication and control. Exploring Raspberry Pi, pages535–575.

NETO, Z. F. (2008). Aplicacao da tecnologia rfid para a gestao academica, de pessoal eoperacional de patrimonio e biblioteca.

Niederauer, J. (2004). Desenvolvendo websites com php. Sao Paulo: Novatec.

Oliveira, A. d. S. and Pereira, M. F. (2010). Estudo da tecnologia de identificacao porradiofrequencia-rfid.

Semiconductors, N. (2014). Mfrc522 standard 3v mifare reader solution. Product datasheet Company public.

Singh, D., Tripathi, G., and Jara, A. J. (2014). A survey of internet-of-things: Futurevision, architecture, challenges and services. In Internet of things (WF-IoT), 2014IEEE world forum on, pages 287–292. IEEE.

Skraba, A., Kolozvari, A., Kofjac, D., Stojanovic, R., Stanovov, V., and Semenkin, E.(2016). Streaming pulse data to the cloud with bluetooth le or nodemcu esp8266. In2016 5th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), pages 428–431. IEEE.

Velloso, F. (2014). Informatica: Conceitos Basicos-9a Edicao, volume 9. Elsevier Brasil.

JIM 2016 - VI Jornada de Informática do Maranhão

JIM, 2016. ISSN: 2358-8861