Paper - RFID Access Control System using 8051 Micro Controller

RFID   Based   Access   Control   System   using   8051   Micro  Controller    

ABSTRACT    

Objective   of   the   Project     The  main  objective  of  this  project  is  to  provide  security  to  organizations  like  Schools,  Hospitals,  Office  spaces,  Industrial  areas  etc  by  limiting  the  access  to  a  secured  area  only to the authorized  personnel  with  a  valid  RFID  Tag.  A  security  lock  is  created  using  an  RFID  Reader  module  and  RFID   Tags.   Access   will   be   granted   to   people   who   hold   an   authorized   RFID   Tag   only.      Security is very important to each and every organization. Restricting access to very important and  administrative  areas  are  a  priority  nowadays  in  many  organizations.  Such  areas  are  called  “ secured   areas”   where   access   is   limited   to   a  certain   set   of   people   who   are   authorized.      Proposed   Working   Model     An   RFID   based   Door   Lock   or   Access   Control   System   is   based   on   some   simple   concepts.   We  store   a  set   of   RFID   tag   data   (unique   RFID   codes/keys)   inside   our   program/system,   say   3  or   10  RFID   tag   data   (the   number   varies   according   to   requirements   of   user,   say   10   tags   needed   if  access   needs   to   be   granted   to   10   people).   The   system   comprises   of   a  micro   controller   (8051  series),   an   RFID   Reader   module,   an   LCD   module   (16x2)   to   display   messages,   a  12   volts   relay   (to  control   output),   and   a  power   supply   circuitry   to   give   power   to   microcontroller,   RFID   module,   LCD  module   and   the   relay.     When   the   person   with   the   right   RFID   tag   (compatible   to   the   data   preloaded   in   our  program/system)   come   and   swipes   his   RFID   tag   near   the   RFID   reader,   access   will   be   granted   (a  success   message   will   be   displayed   on   the   LCD   module   and   the   relay   will   be   turned   ON).   When  the   person   with   the   wrong   RFID   card   (whose   data   is   not   loaded   in   our   system)   swipes   his   RFID  tag,   access   will   be   denied   (a   denial   message   will   be   displayed   on   the   LCD   module   and   the   relay  will   not   be   turned   ON).   The   16x2   LCD   module   will   display   different   status   messages.     Hardware   Requirements       Component 

Specification 

Microcontroller 

8051   Series   (AT89S51) 

RFID   Reader 

EM­18   Reader   module   (125Khz) 

RFID   Tags 

Card   Type   (125Khz) 

LCD   Module 

16x2   LCD   ­  JHD162A 

Relay 

12   volts,   SPDT 

Voltage   Regulator 

7805   (5   volts   IC),   7812   (12   volts   IC) 

Rectifier 

W10   Bridge 

Transistor 

2N2222   (for   driving   relay) 

Transformer 

12­0­12 

Others 

Crystal,Capacitors,   Resistors,   Switches,  Diodes,Connectors,   Power   cable 

  System   Software     Software   development   involves   4  stages:   Stage   1  →  Saving   the   authorized   RFID   keys  Stage   2  →  Reading   an   RFID   Tag   for   comparison  Stage   3  →  Comparing   the   read   RFID   key   with   the   saved   values  Stage   4  →  Output   ­  grant   or   deny   access   based   on   comparison   stage   output    Languages:   Assembly   (MCS­51   instruction   set)   or   Embedded   C| Compiler:   Keil   or   MIDE­51    How   RFID   System   Works    RFID   Tags  ­    have   an   integrated   chip   embedded   inside   it   which   will   energise   itself   in   an  electromagnetic   field.   The   chip   inside   this   RFID   tag   stores   a  unique   information   which   we   call   as  the   RFID   key   ­  which   is   usually   a  12   digit   code   including   numbers   and   alphabets.   This   code   is  unique   to   each   and   every   RFID   tag.   This   code   inside   the   chip   can   be   read   by   an   RFID   Reader.   A  typical   RFID   tag   will   be   in   the   shape   of   a  smart   card   (as   shown   below).   However,   there   are   RFID  tags   in   other   shapes   as   well.   An   RFID   tag   comes   with   a  chip   with   memory   to   store   RFID  identification   code,   a  coil   and   a  modulator.   The   coil   is   to   energise   the   chip   when   the   tag   is   placed  near   an   RFID   reader   (which   also   has   a  coil   inside)   via   electromagnetic   induction.   The   modulator  modulates   the   RFID   code/key   according   to   the   frequency   and   transmits   the   information  electromagnetically   so   that   the   RFID   Reader   can   receive   the   information.   The   coil   also   serves   as  an   antenna   to   send   the   modulated   information   to   air   medium.     Note:­   RFID   Tags   are   available   in   Passive   and   Active   formats.   The   information   written   above   is  about   passive   RFID   tag   which   is   the   most   commonly   used   RFID   tag.   An   active   RFID   tag   has   a  battery   inside   it   and   sends   the   unique   RFID   information   at   set   time   intervals.   This   project   makes  use   of   a  passive   RFID   tag.  

 

    RFID   Reader   ­  usually   comes   in   market   as   a  module   with   a  demodulator,   coil   and   associated  electronics.   RFID   reader   is   an   active   device   and   should   be   powered   .  The   coil   serves   as   exciter  for   the   RFID   tag   (to   energise   the   coil   inside   the   tag)   and   also   as   an   antenna   for   receiving   the  signal   propagated   by   the   RFID   tag.   The   electronic   circuit   demodulates   this   signal   and   converts   it  into   a  form   suitable   for   the   next   stage   (to   be   sent   to   the   microcontroller).      Block   Diagram 

 

  Expected   Outputs!     In  real  life,  RFID  based  access  control  systems  are  associated  with  doors  and solenoid locks (an  electronically  controlled  lock).When  an  authorized  person  access  the  RFID  system  with  his  authorized  RFID  tag,  the  solenoid  lock  will  open.  Once  the  lock  is  open,  the  person  can  enter  through  the  door.  If  an  unauthorized  person  attempts  to  get  access,  the  system  will  not  open the  solenoid  lock  (in  fact,  the  lock  will  continue  on  its  closed  position).  The  solenoid  lock  is interfaced  to   the   RFID   system   through   a  SPDT   relay.     To  demonstrate  actual  working  of  the  project,  a  lamp  bulb  is  used  instead  of  the  door  (and  the  solenoid  lock).  The  lamp  bulb  is  interfaced  to  the  RFID  system  using  an  SPDT  relay.  An  LCD  module   (16x2)   is   used   to   display   status   messages.     The  LCD  module  has  2  lines.  The  first  line  is  used  to  display  random  messages.  At  the  time  of  system  boot,  a  message  “RFID  based  access  control”  will  be  displayed  for  a  few  seconds.  Once  the  system  is ready, a permanent message “Swipe RFID Tags” will be displayed on the first line of  LCD  module.  The  second  line  of LCD module is used display different output status messages on  event   of   someone   showing/swiping   their   RFID   cards.    There   are   two   possible   outputs!   One   for   Successful   Access   and   one   for   Failed   Access!     1) Successful  Access  ­ If the RFID Tag data read by RFID Reader matches with any of the  stored  RFID  Tag  data  inside  program  memory  of  8051,  we  consider  this  as  a  Successful  Access. A message “ Access Granted ” will be displayed on LCD Module. The relay will be  turned  ON  (for  30  seconds)  and  hence  the  lamp  bulb  will  glow  indicating  the  door  is  opened.  The  relay  will  be  closed  after  the  set  time  (say  30  seconds)  so  as to prevent any  further   access.     2) Failed  Access  ­  If  the  RFID  Tag  data  read  by  RFID  Reader  does  not  with  any  of  the  stored  RFID  Tag  data  inside  program  memory  of  8051,  we  consider  this  as  a  Failed  Access.  A  message  “ Access Denied ” will be displayed on the LCD Module. The relay will  not   be   turned   ON   and   hence   the   lamp   bulb   will   also   be   kept   OFF.     Further   Enhancements     The project can be enhanced with the addition of a GSM module. A new system can be setup with  the  help  of  a  GSM  module  to  send  SMS  to  a  set  of  mobile  numbers  when  someone  access  the  system   successfully   or   unsuccessfully   (or   for   both   events).     The  same  system  can also be modified into an RFID based Attendance management system with  the   addition   of   an   RTC   module   and   a  bigger   LCD   display.