Une pointeuse automatique par transpondeurs 1ère partie

Ce système professionnel permet le contrôle des horaires d’entrée et de sortie du personnel de petites entreprises, d’associations ou de clubs. La traditionnelle carte de pointage est remplacée par un transpondeur pouvant prendre l’aspect “carte bancaire” ou “porte-clés”. Celui-ci déclenche le “pointage” lorsqu’il passe devant une unité de lecture située sur le point de passage obligé. Cette unité est reliée, sans fil, à une interface avec laquelle il est possible de gérer l’installation complète grâce à un PC.


Si vous travaillez depuis un certain temps , vous ne pouvez pas ignorer ce qu’est une pointeuse.
Pour ceux qui n’ont pas encore travaillé ou ceux qui n’ont pas encore utilisé cet appareil, voici une rapide explication.
Chaque personnel utilisant le système de pointage dispose d’une carte en carton souple rangée sur un tableau, proche de l’appareil de pointage, lequel est situé, en général, près de l’entrée de l’entreprise. Lorsque l’employé arrive au travail, il prend sa carte de pointage sur un tableau mural, l’introduit dans la pointeuse qui y portera la date et l’heure, et la remet à son emplacement sur le tableau. La même opération sera faite à la sortie.
Ce système permet à la comptabilité d’une entreprise de connaître le temps de présence d’un employé et de le rétribuer en fonction de celle-ci.
Dans les grandes entreprises, le pointage permet également de savoir très rapidement si tel ou tel personnel se trouve bien dans les locaux.
La machine qui permet de pointer la carte, est encore, dans la majeure partie des cas, une petite imprimante contrôlée par une horloge.
Ces dernières années, sont apparus de nouveaux systèmes technologiquement plus avancés, dans lesquels les cartes ont été remplacées par un badge magnétique ou par un transpondeur. Le passage de la personne est alors mémorisé par un PC.
Les données ainsi recueillies peuvent ensuite êtres mises à la disposition du service comptabilité.
Dans cet article, nous voulons vous proposer un système de pointage moderne, qui pourra être utilisé dans de petites entreprises (jusqu’à 30 ou 50 employés), associations, clubs, etc.
Il s’agit donc d’un appareil destiné à l’enregistrement chronologique du passage d’une personne et capable de distinguer une entrée d’une sortie.
La carte de pointage est remplacée par un transpondeur en forme de badge, que la personne doit approcher du lecteur en entrant dans l’entreprise et en la quittant.
Le tout se compose de deux unités, reliées entre elles par radio :
- L’unité de lecture, située dans le lieu d’accès, à la porte d’entrée de l’entreprise par exemple, dans laquelle on trouve les cartes de réception des transpondeurs du personnel, la carte de commande et le système d’affichage fournissant les informations concernant la date, l’heure, ainsi que les données lues.
- La carte d’interface, reliée par radio à l’unité de lecture et connectée au port série d’un ordinateur sur lequel seront transmises et mémorisées les données relatives aux horaires d’entrée et de sortie du personnel.
L’unité de lecture mémorise de façon séquentielle, dans une mémoire EEPROM, les informations de passage.
Ces données sont transférées par radio à l’ordinateur seulement lorsque celuici en fait la demande et après la transmission d’un code particulier.
L’interface se connecte avec un câble série, au port RS232-C du PC et fonctionne en système d’échange de données via radio.
De cette façon, une fois par jour, une fois par semaine, ou même une fois par mois, les informations concernant les accès sont transférées au PC pour y être traitées.
Notre système est en mesure de mémoriser environ 8000 mouvements avant de se trouver en dépassement de capacité.
Il faut considérer que pour chaque employé, il faut compter environ 100 mouvements par mois, ce qui laisse une marge de manoeuvre largement suffisante.
L’unité de lecture ne nécessitant aucun câble de raccordement autre que le cordon d’alimentation pour la relier au secteur 220 volts, nous avons donc un périphérique entièrement autonome, pouvant être situé dans un endroit quelconque et capable de fonctionner de façon indépendante.
En cas d’absence du secteur, l’unité conserve les données en mémoire et l’horloge interne continue à fonctionner normalement.
La grande liberté offerte par un appareil ne nécessitant aucun câble de transmission, permet d’adapter notre système à toutes les situations, en limitant les coûts d’installations.
L’unique contrainte réside dans la distance entre l’unité de lecture et le PC, qui ne doit pas dépasser 50 à 60 mètres.
Retenons toutefois que cela ne représente pas un réel problème, étant donné que notre système est adapté à de petites entreprises qui travaillent dans des structures de dimensions généralement peu étendues.
Le choix du transpondeur, préféré aux badges magnétiques et aux cartes à puce, provient simplement du fait qu’il ne nécessite aucun contact physique avec le lecteur, ni par défilement, ni par introduction, ni d’aucune autre manière. Par ailleurs, le transpondeur, de part sa constitution, ne se démagnétise pas et peut être rangé tranquillement dans un portefeuille, même au chaud. Il est également robuste et fiable.
Pour toutes les raisons que nous venons d’évoquer, il ne présente donc pas les problèmes d’usure typique des systèmes à carte et pour cela dure beaucoup plus longtemps. En somme, le transpondeur est idéal pour la personne qui entre ou qui sort au pas de course avec en tête certainement tout autre chose qu’une tendre pensée pour sa carte de pointage. Par ailleurs, chaque employé disposant de son propre transpondeur, l’inévitable queue à la pointeuse ne sera plus qu’un mauvais souvenir.

De la dimension et de la forme des bobines des lecteurs dépendra la sensibilité du lecteur. Dans ce prototype, avec un transpondeur en forme de carte, la sensibilité est de l’ordre de 6 à 7 centimètres.

Figure 1 : Schéma synoptique de l’unité de lecture.
L’unité de lecture (celle placée à côté de la porte d’entrée) est composée de deux lecteurs de transpondeurs série, d’un afficheur alphanumérique et d’une platine de base sur laquelle vous trouvez le microcontrôleur, la mémoire, la section HF et le système d’horodatage.


L’unité de lecture
Traitant d’un système très complexe, non seulement du côté matériel mais également du côté logiciel de gestion sur PC et programme implanté dans le microcontrôleur de l’unité de lecture, nous décrirons ce montage en plusieurs articles, dans les prochains numéros.
Dans celui-ci, examinons la structure de l’ensemble, et de manière plus spécifique celui de l’unité de lecture.
Pour avoir une idée plus claire, nous pouvons examiner le schéma synoptique de cette dernière, donné en figure 1, qui est composé d’une unité centrale (en pointillés), en fait, un circuit imprimé qui concentre les fonctions de contrôle de tout le reste et de deux lecteurs de transpondeurs identiques, le premier comme capteur d’entrée du personnel et le second comme capteur de sortie.
L’unité centrale, le cerveau de l’unité de lecture, utilise un tout nouveau microcontrôleur de la société Microchip un PIC16F876, une mémoire EEPROM série, un module Real-Time-Clock (horloge en temps réel, RTC) nécessaire pour donner l’information horaire, un afficheur intelligent de 2 lignes x 16 caractères, utile pour la communication avec le personnel au moment où il approche le badge, un module hybride émetteur sur 433,92 MHz, un récepteur et, pour finir, un commutateur d’antenne.



Unité de lecture, de la théorie à la pratique.


L’unité de lecture au complet est installée dans un coffret plastique Teko, modèle Pult 364.
Derrière le panneau avant sont fixés, à chaque extrémité, les deux lecteurs de transpondeurs et, au centre, l’afficheur alphanumérique de 16 x 2. Dans le fond du coffret se trouve la carte sur laquelle, comme cela se voit sur la photo, sont montés les trois modules Aurel (TXDFM, RXDFM, RT/SW) le microcontrôleur PIC16F876, les mémoires EEPROM et l’horloge en temps réel.
Dans cette première partie, nous traitons des lecteurs pour transpondeurs avec sortie série.

Les lecteurs de transpondeurs
Nous vous renvoyons à la description du schéma électrique de la platine de l’unité centrale au prochain numéro, voyons immédiatement les lecteurs de transpondeurs, qui représentent, en substance, les détecteurs de présence.
Il s’agit de 2 circuits identiques, simplement utilisés de façon différente et donc reliés à des entrées distinctes du microcontrôleur présent sur la platine de l’unité centrale. Cette dernière a, entre autres, le rôle de lire les informations quelle reçoit des transpondeurs sous forme série, de les traiter, d’en écrire les données utiles dans la mémoire EEPROM série et d’attendre qu’arrive le signal d’interrogation de l’interface de l’ordinateur.
Comme les 2 lecteurs utilisés sont identiques, nous analyserons seulement le schéma électrique d’un exemplaire
Il s’agit d’un montage très simple, réduit à sa plus simple expression par l’emploi d’un petit microcontrôleur spécialement programmé pour prélever les informations extraites de U3, les traiter et en contrôler le format, ainsi que de les envoyer, en format série, au microcontrôleur de l’unité centrale.
Le circuit intégré U2270 de la société Temic (U3) est un circuit spécifique pour la réalisation de lecteurs de transpondeurs passifs. Celui-ci assure la génération du champ électromagnétique à 125 kHz (par l’intermédiaire d’un oscillateur interne) et l’envoie à la bobine L1 qui le rayonne.
Si nous prélevons le signal présent entre le condensateur C8 et la bobine L1, au repos, nous trouvons aux bornes de C11 une tension continue créée par le redresseur D2, qui laisse passer uniquement les demi-alternances positives du signal sinusoïdal qui traverse la bobine.
Si un transpondeur est approché à une distance telle qu’il permette une consommation significative dans le circuit à 125 kHz, la variation de consommation de L1, due à la commutation de la logique interne du transpondeur, détermine aussi un changement de l’amplitude de la tension appliquée entre l’anode de D2 et la masse. De ce fait, nous trouvons un signal basse fréquence (quelques centaines de hertz) aux bornes de C11.
Ce nouveau signal, dû au transpondeur, est appliqué à la broche d’entrée (4) de U3 à travers le condensateur de liaison C9. Un amplificateur et un comparateur interne procèdent à l’extraction des trains d’impulsions du codage.
Ainsi, lorsqu’il sort de la broche 2 de ce même U3, le signal est prêt à être lu par le microcontrôleur U4.
Ce dernier analyse les différents trains d’impulsions et en vérifie le format et la checksum. A ce propos, rappelons que le transpondeur que nous utilisons (celui de la société Sokymat) envoie, sous forme de variations de champs, un maximum de 64 impulsions dans lesquelles les 9 premières sont un code de synchronisation (start) pour indiquer au dispositif de lecture qu’il doit procéder à l’acquisition, 40 impulsions sont les données vraies proprement dites, 15 impulsions servent au contrôle de la validité des données.
U4 permet aux données de rejoindre la broche de sortie de son canal série (broche 7, ligne TX) uniquement lorsque le U2270 (U3) lui envoie des données conformes au format précité.
Donc, si les calculs effectués sur la parité des données de chaque ligne et colonne correspondent respectivement à la checksum de ligne et à celle de colonne reçue par le transpondeur.
Dans le cas contraire, le microcontrôleur ne fait aucune action et ignore ce qui provient du U2270 (U3), interrompt la lecture, élimine les données en RAM et repasse en attente d’un nouveau train de 9 impulsions (start).
On notera que la portée du capteur, en fait la distance à laquelle il convient d’approcher le transpondeur du lecteur pour être sûr que ce dernier en prélève les données, a volontairement été réduite à 6 ou 7 centimètres.
Cela peut paraître peu commode, toutefois c’est plus utile qu’il n’y paraît. En effet, cela permet de placer relativement proches l’un de l’autre les deux lecteurs sans risque que l’utilisateur, en passant le transpondeur un peu trop rapidement, puisse commuter ensemble ou l’un après l’autre les deux dispositifs d’entrée et de sortie.
En fait, il suffira d’installer les deux bobines éloignées d’une vingtaine de centimètres pour être sûr qu’en approchant le transpondeur de l’une d’elle, l’autre ne capte aucune donnée, donc que la lecture ne soit effectuée que par un seul lecteur.
En ce qui concerne l’alimentation, chaque carte de lecture prélève la tension principale sur le bornier situé sur l’unité centrale. Cette tension est de 18 volts en aval de la diode D1. Cette diode est destinée à protéger le circuit contre une éventuelle inversion de polarité.
Sur sa cathode, nous pouvons prélever la tension qui alimente directement deux régulateurs.
U1, un 78L05 (en boîtier TO92), délivre les 5 volts par faitement stabilisés nécessaires au fonctionnement du microcontrôleur U4. U2, un 7812 (en boîtier TO220) est nécessaire pour fixer à 12 volts exactement le potentiel qui alimente le bloc de lecture des transpondeurs.
Notez enfin que le trimmer R2 sert à régler finement la fréquence de travail de l’oscillateur interne. Cette fréquence, en phase de réglage, devra être ajustée sur 125 kHz exactement.

La face avant de l’unité de lecture telle qu’elle se présente.

Figure 2 : Schéma électrique des lecteurs de transpondeurs.

Figure 3 : Plan d’implantation des composants des lecteurs de transpondeurs.



Figure 4 : Dessin du circuit imprimé des lecteurs de transpondeurs à l’échelle 1.
Le circuit CMS U2270B et la bobine à 125 kHz sont montés du côté cuivre.


Liste des composants
R1 = 68 kΩ
R2 = 50 kΩ trimmer multitour
R3 = 39 kΩ
R4 = 330 Ω
R5 = 330 Ω
R6 = 10 kΩ
R7 = 470 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
C1 = 470 μF 25 V électr.
C2 = 470 μF 25 V électr.
C3 = 4,7 nF polyester
C4 = 47 μF 25 V électr.
C5 = 470 μF 25 V électr.
C6 = 100 nF multicouche
C7 = 47 μF 16 V électr.
C8 = 2,2 nF multicouche
C9 = 680 pF céramique
C10 = 220 nF polyester
C11 = 1500 pF céramique
U1 = Régulateur 5 V 78L05
U2 = Régulateur 12 V 7812
U3 = Intégré U2270B
U4 = PIC12C672-P04 (MF314)
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4148
T1 = Transistor NPN MPSA13
L1 = Bobine transpondeur

Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Bornier 3 pôles
1 Circuit imprimé réf. S314.


A propos de transpondeurs…



Pour comprendre le fonctionnement des lecteurs de transpondeurs série et le côté pratique de notre système, il convient de rappeler brièvement la théorie des transpondeurs.
Ces derniers, sont des dispositifs électroniques, essentiellement passifs, car ils prélèvent l’énergie nécessaire à leur fonctionnement du champ magnétique dans lequel ils sont baignés lorsqu’ils sont approchés de la bobine du lecteur.
Pratiquement, à l’intérieur d’un transpondeur il y a un solénoïde qui, sous l’effet des lignes de forces du champ magnétique variable, produit à ses extrémités une différence de potentiel alternatif, redressée et filtrée par des diodes et des condensateurs CMS. On obtient donc une tension continue qui alimente les circuits logiques internes rendant ainsi disponible, en mode série, le code contenu dans la mémoire. Mais comment sortent les données ?
Simple : un transistor piloté par les impulsions produites par la logique, ferme et ouvre rapidement les extrémités de la bobine (le condensateur de filtrage ne se décharge pas car la diode de redressement laisse passer le courant uniquement dans le sens de la charge), déterminant ainsi une légère variation du flux magnétique.
En substance, c’est ce qui se passe dans un transformateur. Le primaire sera l’enroulement du lecteur qui génère le champ magnétique à 125 kHz et le secondaire sera constitué par le solénoïde interne du transpondeur.
A chaque fermeture, la réaction d’induction provoque une brève augmentation de la consommation de courant dans le lecteur. Ainsi, en interposant une résistance en série avec l’enroulement primaire il est facile de détecter les impulsions et, après les avoir fortement amplifiées, de les mettre en forme afin de les rendre identiques à celles émises par la logique du transpondeur.
Ceci est un peu le suc de la chose.
Nos dispositifs sont passifs, dans le sens où ils ne peuvent envoyer des données que lorsqu’ils sont interrogés. Par contre, il existe également des transpondeurs actifs (on peut écrire des informations directement à partir du lecteur). Pour simplifier l’utilisation du système par le personnel, nous pouvons utiliser des transpondeurs du type badge ou en forme de porte-clefs, pouvant être mis facilement dans les poches et pratique à utiliser et à approcher du lecteur.

Réalisation pratique
Passons à la phase qui consiste à réaliser les 2 premières cartes de l’unité de lecture : les lecteurs des transpondeurs. Chacune d’elles, requiert un circuit imprimé identique réalisable par photogravure en utilisant le dessin de la figure 4.
Commencez le montage par la mise en place du circuit intégré CMS U3, le U2270. Cette opération demande l’utilisation d’un fer à souder d’une puissance ne dépassant pas 30 watts, équipé d’une panne très fine et bien propre. A la différence de tous les autres composants, excepté la bobine, ce circuit intégré sera soudé du côté cuivre. Faites bien attention à faire parfaitement correspondre les broches avec les pistes du circuit imprimé. Soudez d’abord une broche de manière à le maintenir en place, ajustez légèrement si nécessaire, puis soudez les broches restantes.
Sur l’autre face, soudez les autres composants, en allant toujours des plus bas vers les plus hauts. Inspirez-vous du plan d’implantation de la figure 3 et des photos. Veillez aux sens des composants polarisés.
A ce point, il ne reste plus qu’à fabriquer L1. Cette bobine pourra être réalisée avec 200 spires de fil émaillé de diamètre 0,3 ou 0,4 mm, enroulées sur un support (genre bobine de fil de pêche) ayant un diamètre interne de 25 à 30 mm et une épaisseur de 5 à 7 mm.
Avant de commencer l’enroulement, percez deux trous à 1 et 3 mm du bord avec un foret de 0,8 mm. Passez le fil de départ dans le trou à 3 mm du bord, de l’intérieur vers l’extérieur, pour qu’il dépasse d’environ 10 cm, et bobinez.
L’enroulement terminé, sortez le fil par le trou le plus proche du bord et bloquez votre enroulement avec une goutte de colle cyanoacrylique. Coupez votre fil à 10 cm environ.
Posez votre bobine en place et coupez les fils à la bonne longueur pour qu’ils puissent être soudés dans les deux trous prévus à cet effet sur le circuit imprimé. Grattez l’émail sur 1 cm et étamez. Toujours à l’aide de la colle cyanoacrylique, collez la bobine sur le circuit imprimé du côté cuivre puis soudez en place ses deux fils.
Exactement de la même façon, réalisez le deuxième lecteur.
Ceci fait, alimentez chaque circuit et réglez le trimmer R2 de façon à ce que la fréquence d’oscillation soit exactement de 125 kHz. Pour ce faire, utilisez la sonde haute impédance d’un fréquencemètre ou d’un oscilloscope que vous placerez sur l’anode de D2.
Mettez de côté les deux modules lecteurs, en attente du prochain numéro dans lequel nous décrirons le reste des périphériques ainsi que les phases de réalisation et d’assemblage de l’ensemble.


Le lecteur de transpondeurs avec sortie série une fois le montage terminé. Deux dispositifs de ce type sont utilisés dans l’unité de lecture, un pour détecter les codes des transpondeurs des personnes qui entrent et l’autre de celles qui sortent. Pour éviter les interférences entre les champs des deux bobines, les lecteurs sont éloignés entre eux d’au moins 20 centimètres.


La substitution des cartes de pointages mécaniques par des centrales électroniques permet d’utiliser les données “entrée” et “sortie” de manière complètement automatique, par l’intermédiaire de programmes spécialement étudiés pour gérer les horaires de travail des employés.

A suivre…

2ème partie
3ème partie
4ème partie

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