ACTIVIDAD148.206.53.84/tesiuami/UAMI11914.pdf · 2005-02-12 · Proyecto de Ingeniería Electrónica II ... DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE ACCESOS Y SEGURIDAD EN AREAS RESTRINGIDAS,

Proyecto de Ingeniería Electrónica II

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA 1

ACTIVIDAD:

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE ACCESOS YSEGURIDAD EN AREAS RESTRINGIDAS, UTLIZANDO

DISPOSITIVOS DE RADIOFRECUENCIA

Alumno: Olguín Rojas Juan Carlos

Materia: PROYECTO DE INGENIERIAELECTRÓNICAII

Asesor: Dr. Ángel Lambertt Lobaina

Numero de empleado: 27590

División: CBI.

septiembre de 2004.



INDICE

Introducción ------------------------------------------------------- Pág. 3

Antecedentes ------------------------------------------------------- Pág. 6

Justificación ------------------------------------------------------- Pág. 11

Objetivo ------------------------------------------------------- Pág. 11

Hipótesis ------------------------------------------------------- Pág. 12

Recomendaciones -------------------------------------------------- Pág. 12

Desarrollo del Sistema -------------------------------------------------- Pág. 13

Conclusiones ------------------------------------------------------- Pág. 29

Referencias ------------------------------------------------------- Pág. 31



Introducción

A principios del siglo XX, los científicos descubrieron cómo captar ciertas

radiaciones que se desplazan por el espacio a la velocidad de la luz. Se denominan

radioondas, y hacen posible la trasmisión y recepción de sonidos e imágenes a

enormes distancias, sin utilizar cables de conexión.

Las ondas de radio representan una forma de energía radiante llamada radiación

electromagnética de la que hay distintas clases, entre ellas rayos calóricos,

lumínicos, X, gamma y cósmicos. Se propagan por el espacio a la misma velocidad

(unos trescientos millones de metros por segundos) que es varios cientos de miles

de veces superior a la del sonido.

Existen algunas diferencias entre las ondas de radio y los rayos de luz y calor. Los

rayos de luz no pueden penetrar en muchos objetos, mientras que las ondas de

radio atraviesan toda sustancia no metálica. Las ondas calóricas son fácilmente

absorbidas y no producen mucho efecto lejos de su fuente; las de radio no se

absorben con facilidad. De hecho, algunas rebotan continuamente desde la tierra

hasta la alta atmósfera y viceversa.



Lo mismo que las ondas del océano y las del sonido, las de radio son el resultado

de un tipo especial de perturbación. Las olas oceánicas se producen en el agua por

la fuerza del viento. Las ondas sonoras son producidas por la vibración generada

en el aire u otro medio, como cuando un árbol cae, un violín suena, o un niño

llora. Las perturbaciones que dan origen a las ondas de radio son oscilaciones en

una corriente eléctrica.

Esta se halla construida por electrones que fluyen por un conductor. Si estos

electrones se desplazan continuamente en una dirección, la corriente es continua,

y alterna si invierten periódicamente la dirección de su flujo. El movimiento de

vaivén de los electrones en una corriente alterna es el que produce las ondas de

radio. Recíprocamente estas ultimas pueden generar una corriente alterna.

La fuerza de la corriente en su pico para un determinado pulso se llama amplitud

la distancia entre un pico negativo o positivo hasta el siguiente representa la

longitud de onda. Un movimiento completo de oscilación es un ciclo. El numero de

ciclos por segundo se denomina frecuencia y se expresa como hertz, por Heinrich

Hertz, que descubrió las ondas electromagnéticas. Cada ciclo de corriente produce

una onda de radio. En consecuencia, la frecuencia de la corriente alterna

corresponde exactamente a la de la onda de radio que genera.



Si conocemos la frecuencia de una onda de radio, podemos determinar su longitud

de onda dividiendo su velocidad por su frecuencia, evidentemente las altas

frecuencias corresponden a longitudes de ondas cortas, mientras las frecuencias

bajas dan largas longitudes de onda.

Las radioondas utilizadas para la comunicación se dividen en distintos grupos

según su frecuencia.

TABLA1:

Bandas de radiofrecuencias Gama de frecuencias

Muy baja frecuencia (VLF) Menos de 30 KHz.

Baja Frecuencia (LF) 30 KHz. a 300 KHz.

Frecuencia Media (MF) 300 KHz. a 3 MHz.

Alta Frecuencia (HF) 3 MHz. a 30 MHz.

Muy Alta Frecuencia (VHF) 30 MHz. a 300 MHz.

Frecuencias Ultra Altas (UHF) 0.3 a 3 GHz.

Frecuencias Super Altas (SHF) 3 a 30 GHz.

Frecuencias Extremadamente altas(EHF) 30 a 300 GHz.

Tabla1 Asignación de frecuencias según la FCC1.

1 FCC: Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos



ANTECEDENTES:

En la actualidad se puede ver la necesidad que existe de implantar tecnología paraseguridad en las organizaciones encargadas del desarrollo urbano. Las empresasmás vanguardistas y las que desean estar entre las mejores del ramo en cuanto aconstrucción de edificios, hospitales, aeropuertos, complejos industriales, etc.entienden claramente esta necesidad.

Existen distintos inmuebles en la ciudad de México que se consideran comoedificios inteligentes por sus instalaciones y diseño arquitectónico. Uno de ellos esel Edificio Cenit Plaza Arquímedes, Ubicado en la esquina formada por las callesArquímedes y Homero, en la colonia Polanco, Distrito Federal, el edificio PlazaArquímedes fue terminada en 1994. Constituye hoy en día uno de los ejemplosmás sobresalientes dentro de la modalidad de los edificios inteligentes de la ciudadde México.

Plaza Arquímedes cuenta con un centro de control, de donde se manejan ysupervisan todas las instalaciones del edificio y los espacios a que éstas sirven.Esta supervisión se hace por medio de una computadora, la cual cuenta con unprograma especialmente diseñado para el edificio. Dicho programa lleva el controly el registro del funcionamiento del edificio, así como del desempeño del operadoren turno. Dentro de este control están el sistema central de aire acondicionado,iluminación, sistemas de alarma y contra incendio, control de monóxido decarbono, telefonía, escaleras y espacios presurizados.

Otro de estos edificios es el conocido como World Trade Center (WTC). El conjuntosuma alrededor de 630 826 m2, de los cuales se ejecutaron 115 914 m2 en la torrede oficinas; 302 022 m2 de estacionamiento, con una capacidad de 8 026 cajones,y los 36 844 m2 del centro de convenciones y exposiciones. Hoy existenprácticamente cuatro etapas, dos reales: la torre con sus estacionamientos, elcentro de convenciones y exposiciones, y dos a futuro: el centro comercial y elhotel. Todo el WTC se desarrolla en tres predios que suman 76 000 m2.

El sistema inteligente del WTC agrupa a todos los sistemas e instalaciones deledificio, tales como el de aire acondicionado, el hidráulico, eléctrico, de seguridad yprotección contra incendio. Dicho sistema controla los accesos. Cuenta con uncircuito cerrado de televisión y monitoreo de los tanques de almacenamiento,alarmas y elevadores. Acciona y detiene equipos, enciende y apaga alumbrados, ymodera el trabajo de los equipos en cuanto a temperaturas, horarios e iluminaciónde áreas comunes. Cada uno de los espacios que se venden, cuenta con lasacometidas básicas de todas las instalaciones necesarias y pueden volverse tansofisticados como se requiera, ya que el sistema central permite la integración decualquier otro sistema a los cerebros del edificio.



Para las fachadas del edificio se seleccionaron materiales que cumplieran con lasnormas internacionales de seguridad y riesgos, y que además formaran parte de lamodernidad de la arquitectura del edificio.

FIGURA 1:

World Trade Center (WTC) Edificio Cenit Plaza Arquímedes

Debido a las necesidades que existen de seguridad y control en este tipo deinfraestructuras, es que muchas compañías se dan a la tarea de crear sistemasque den soluciones a dichas necesidades.

La seguridad del personal, la información, los bienes muebles e inmuebles, elcontrol del ingreso y flujo del personal dentro de las instalaciones son una de lasprincipales preocupaciones en la actualidad de una empresa.

Tomando como base estos puntos, se busca la mejor opción tecnológica, parapermitir la implementación de un Sistema de Control de Accesos, el cual conjuntala supervisión, el control y la comunicación de manera eficaz.

La finalidad de contar con un Sistema de Control de Acceso es administrar ycontrolar el tráfico del personal y visitantes, aplicando estrategias basadas enaspectos tales como la cantidad de usuarios, puertas, zonas, horarios, posiblesemergencias, etc. Del mismo modo este Sistema nos permite crear zonas detránsito restringido. El nivel de Control de Acceso y de Seguridad podrá variardependiendo de la aplicación y necesidad; aunado a esto, el sistema emite unaserie de reportes que permiten filtrar la información necesaria para corroborar laoperación del inmueble.

Por medio de la asignación de permisos, el sistema restringe o da acceso a cadausuario o grupo de usuarios a distintas puertas y zonas de interés; de maneraopcional pueden asignarse contraseñas para la autenticación del usuarioobteniendo un grado mayor de seguridad en caso de extravío de la credencial.



De igual modo se pueden definir zonas de seguridad con una o más puertaspermitiendo que un usuario entre por una puerta y salga por otra pero de maneracontrolada.

DE LOS SISTEMAS COMERCIALES:

Mas allá de los usos de entretenimiento comercial y de comunicación, los Sistemasde Circuito Cerrado de Televisión (CCTV), juegan un papel muy importante en eldesarrollo diario, por lo que algunas de las aplicaciones que hacen que estosSistemas sean invaluables para su implementación diaria son: La ayuda en laPrevención de Riesgos y disminución de la Criminalidad en TiendasDepartamentales y de Autoservicio, el apoyo en el Control y Monitoreo de lasoperaciones de Almacén, la Vigilancia de procesos de Producción tanto Químicoscomo Industriales, el Monitoreo del Flujo Vehicular (Trafico) y la Seguridad enAmbientes Peligrosos, así como el monitoreo de gran concentración de personasen diferentes ambientes.

Aunado a lo anterior y tomando en cuenta que en la actualidad la seguridad, se atransformado de una necesidad a un punto indispensable, incrementando de estamanera el desarrollo de planes estratégicos de vigilancia para mantener un controly monitoreo de espacios en particular, donde se requiere de una vigilanciaoportuna y eficaz.

Es por ello que empresas como: SITCOM ELECTRONICS desarrollan este tipo desistemas.

FIGURA2:

Diagrama del (CCTV) Sistema en línea Circuito Cerrado De Televisión



Para el control de acceso existe una gran variedad de productos que sirven para laidentificación. Hay varios rasgos únicos que distinguen e identifican a todo serhumano. Las huellas digitales, el tono de la voz, la geometría de las manos y cara,el iris del ojo. Estas características son muy útiles cuando se requiere identificarinequívocamente a un individuo. Los equipos que realizan esta verificación nopertenecen más a la ciencia ficción. Se utilizan ya en muchas aplicaciones: comoterminales de registro de asistencia en empresas, dispositivos de control de accesoa clubes deportivos, áreas restringidas o sistemas de cómputo; elementos deidentificación en cajeros automáticos; guardianes en zonas de alto riesgo comoprisiones, laboratorios, archivos y bóvedas de seguridad. Algunos de estossistemas parecerán costosos, pero en muchas ocasiones, la inversión se recuperacon el primer intruso que se logra detener.

FIGURA3:

Figura3.- muestra distintos equipos utilizados para la identificación de un individuo.

En la actualidad es cada vez es más frecuente ver tarjetas identificadoras sincontacto con el sistema de lectura. Este tipo de sistemas se llamanabreviadamente RFID (Radio Frequency Identification) Identificación porradiofrecuencia. Estos dispositivos están sustituyendo poco a poco a las etiquetasde códigos de barras y a las tarjetas magnéticas en todas sus aplicaciones.

Las aplicaciones más corrientes de estos sistemas es el control de accesos y lainmovilización de vehículos. En el control de accesos se gana en comodidad, no esnecesario el contacto físico de la tarjeta con el lector, lo que lo hace más cómodo ymás rápido de usar. Este es un sistema en el que el interrogador (el dispositivoque lee los datos) tiene que poder leer muchas tarjetas diferentes, tantas comousuarios haya autorizados.



Todo sistema RFID se compone de un interrogador o sistema de base que lee yescribe datos en los dispositivos y un "transponder" o transmisor que responde alinterrogador. El interrogador genera un campo de radiofrecuencia, normalmenteconmutando una bobina a alta frecuencia. Las frecuencias usuales van desde 125Khz hasta la frecuencia de 2.4 Ghz, incluso más.

El campo de radiofrecuencia genera una corriente eléctrica sobre la bobina derecepción del dispositivo. Esta señal es rectificada y de esta manera se alimenta elcircuito. Cuando la alimentación llega a ser suficiente el circuito transmite susdatos. El interrogador detecta los datos transmitidos por la tarjeta como unaperturbación del propio nivel de la señal.

Actualmente en el mercado existen lectoras que operan a una frecuencia de 134KHz, tal es el caso del modelo: Reader S251B de la serie 2000 de la compañíaTEXAS INSTRUMENTS. El cual puede detectar tarjetas (transponder) deidentificación para el resguardo de bienes muebles.

En el caso de identificación de individuos es muy común la utilización de readersde frecuencia mas alta, para los cuales el rango de lectura para la mayoría de loscasos está entre los 30 y 60 centímetros de distancia entre interrogador y tarjeta.Como ejemplo podemos mencionar al modelo S6400 de la misma serie y compañíaantes mencionada, el cual opera a una frecuencia de 13.95 MHz.

FIGURA4:

Figura4.- muestra a la izquierda el lector de baja frecuencia(S251B), al centro el de alta frecuencia (S6400)y a la derecha el transponder.



JUSTIFICACIÓN:

La importancia que tiene el poder monitorear la ubicación de personas dentro de

edificios, dan como consecuencia el poder controlar los accesos a ciertas áreas; así

como, el prevenir algún ilícito.

OBJETIVO:

Realizar un sistema de ubicación de personas para la seguridad de edificios

utilizando una red de área local que servirá como un sistema para interconectar

componentes de comunicación de datos en un espacio relativamente confinado.

Dicho sistema utilizará identificadores de radiofrecuencia con los cuales se deberá

controlar los accesos, definiendo las zonas de seguridad, permitiendo que los

usuarios entren y salgan de dichas zonas pero de manera controlada.

Tal sistema se podrá utilizar para la seguridad de bienes muebles del edificio, y

podrá ser utilizado como un complemento de algún sistema central que administre

mas recursos y componentes de seguridad.

Dichos componentes deberán ser dispositivos mutuamente compatibles y la red

no deberá estar sujeta a reglamentaciones de cuerpos de normalización públicos o

de redes.



HIPÓTESIS:

El desarrollo de un sistema, que controle los accesos a un área e indique cuandoalgún bien mueble salga del área en cuestión, se podrá expandir para el control detodo un edificio.

Los múltiples “cerebros” existentes en el mercado para sistemas de seguridadpermiten albergar distintas tecnologías incluyendo los RFID.

El hecho de portar una RFID no es garantía de acceso al lugar, pero no portar latarjeta o por portar una no registrada permite la rápida ubicación

Por su tamaño y forma es posible registrar, además de personas, objetos y equipoelectrónico sin que se altere su uso debido a interferencia

La personalización numérica que existe la memoria ROM de las tarjetas RFIDpermite desarrollar códigos encriptados protegiendo la información y ampliando losniveles de seguridad según sea el lugar, persona o dispositivo monitoreado,sistema que también será totalmente compatible con uno de los más popularesmétodos de encriptación conocido como CRIPTOGRAFÍA DE CLAVE PÚBLICA

RECOMENDACIONES PARA EL SISTEMA:

Al aumentar el número de lectores, las limitaciones que se pueden presentar sonlas de congestión en el trafico de información. Esto si se trata de una red localLAN. Sin embargo, si existe una elevada cantidad de trafico principalmente decarácter local, se puede reducir este dividiendo la red en varias mediante puentes.



DESARROLLO DEL SISTEMA.

Para el desarrollo de este sistema, definimos como una zona de seguridad unLaboratorio ubicado en el edificio T de la Universidad Autónoma MetropolitanaIztapalapa. Tal laboratorio nos servirá como ejemplo para demostrar que al podercontrolar los accesos a esta zona de seguridad, dará como consecuencia el poderexpandir este sistema para el control de accesos a todo un edificio. Además deque, el sistema servirá para la seguridad de los bienes muebles de estelaboratorio.

La propuesta que se da para la solución de un sistema que administre los recursosde accesibilidad y seguridad de una zona, se presenta a continuación:

SISTEMA DE CONTROL DE ACCESOS Y SEGURIDAD:

Nomenclatura DescripciónR Reader a 13.95 MHz.CP Convertidor de ProtocoloTB Tuning BoxPC Computadora

CRC SoftwareRFM Reader a 134 KHz.DLC Concentrador

TRANSPONDER Tarjeta de identificación



DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Este sistema se basa en la utilización de tecnología RFID, los lectores de altafrecuencia (13.95 MHz.) nos permite la identificación de personas, las personasdeberán de identificarse es decir, acercar su tarjeta de identificación (transponder)al lector a una distancia mínima de 60 cm. Una vez que el lector a recibido elcódigo de identificación de la tarjeta lo manda hacia la computadora en la cual secompara con los códigos que tienen autorización para posteriormente la aplicaciónpermita acceder o no a esta zona.

Para la protección de los bienes muebles utilizamos los lectores de baja frecuencia(134 KHz.), estos lectores cuentan con una antena externa la cual se coloca en losmarcos de las entradas, o pasillos de interés. Estas antenas son las encargadas deemitir el campo electromagnético que permitirá activar a las tarjetas colocadas enlugares estratégicos de los bienes muebles a proteger. Una vez detectada dichatarjeta el lector manda la información a la computadora, la cual a su ves, informaal personal de seguridad del probable ilícito, esto se hace a trabes de la aplicación.

Debido a que se tiene la necesidad de construir la antena para el lector de bajafrecuencia se recurre al diseño de una antena tipo Loop de cuadro.

ANTENA TIPO LOOP:

Una antena de cuadro o "loop" básicamente está constituida por una o más espirasconductoras formando un cuadrado, hexágono, octógono o círculo, condimensiones físicas que pueden variar desde las pequeñas (en HF) de 30 o 40 cmde diámetro, hasta las "mayores" de varios metros, según la frecuencia y elrendimiento esperado. La inductancia de la o las espiras habitualmente sesintoniza con un capacitor variable y ella(s) se acopla(n) a la línea de trasmisiónmediante un eslabón o mediante un acoplamiento capacitivo.

La antena de cuadro, cuando se monta con el plano de su superficie de maneravertical, es una antena de polarización vertical válgase la redundancia.

La reflexión en tierra del campo irradiado por una antena de polarización horizontalse halla prácticamente en contrafase con el campo generado por la antena, de allíque ambos campos tiendan a cancelarse mutuamente, por eso, cuando la alturadel dipolo horizontal es muy baja, esta cancelación reduce drásticamente el campototal. De hecho si el dipolo estuviera sobre un plano de tierra perfectamenteconductor y apoyado sobre el mismo, no se irradiaría absolutamente ningunaenergía.



Toda antena tiene un rendimiento, es decir una medida de cuántaenergía de la que recibe del trasmisor puede transferir hacia el espaciolejano en relación a la energía perdida en el proceso. El rendimiento secalcula teniendo en cuenta su resistencia de radiación respecto de suresistencia de pérdidas totales.

Para la resistencia de radiación el calculo que se efectúa es el siguiente:

)2())((R:(n)espirasmasdecasoelpara

)1())((sin320

2RVn −−−−−−−−−−−−−−−=

−−−−−−−−−−−−

=

EcnR

EclR

RV

RV λπ

Si se acorta la longitud de una antena determinada y se termina en sus extremoscon unas capacitancias adecuadas, consiguiéndose una distribución uniforme de lacorriente y que la energía radiada sea la misma que sin acortar, esta longitudacortada recibe el nombre de longitud efectiva y el calculo necesario para esteparámetro es el siguiente:

)4(2))((

arctan2H

:fisicaLongitudSuperficieS

espirasdenumero

)3())()(2(

0 −−−−−−−−−−−

=

==

−−−−−−−−−−−−−−−

=

Ec

H

n

EcSnH

e

e

β

β

λπ

El coeficiente de onda β, también recibe el nombre de constante de fase. Sonlos radianes que corresponden a cada metro de longitud de onda:

)5(2−−−−−−−−−−= Ec

λπ

β



Teóricamente la distribución de la corriente en los extremos alejados del punto dealimentación de este tipo de antenas es cero, pero se sabe que en realidad losnodos de corriente están en longitudes físicas algo mas largas. Este efecto seconoce como efecto terminal; esto debido a una disminución de la capacitancia enlas proximidades de los extremos dando lugar a una disminución de la impedanciacaracterística y a un aumento de corriente en esa zona terminal. Es por ello que lalongitud eléctrica (H), se calcula como un 5% más larga que la longitud física:

)6()05.1)(( 0 −−−−−−−−−−−= EcHH

La impedancia característica es un parámetro que depende de la relaciónlongitud/diámetro del conductor y de la frecuencia de trabajo. Dicho parámetro secalcula de la siguiente manera:

conductordelradio

)7(2

ln211ln120 0

0

=

−−−−−

−

−=

a

EcHa

HZ o

λ

Factor de atenuación, este coeficiente determina la perdida la perdida deenergía que se presenta en cada punto de la antena. Su unidad es el neper y secalcula de la siguiente manera:

)8())(( 0

−−−−−−−−−−−−= EcZH

RRVnα

La inductancia es un valor intrínseco del conductor y se calcula así:

)9(8

0 −−−−−−−−−−−−−−−= Ecf

ZLa

La capacitancia es la resultante de todas las capacitancias entre puntos delconductor por lo que, al igual que la inductancia también es un valor intrínseco ysu calculo es:

)10())()((

2

02 −−−−−−−−−−−= Ec

ZfCa π



El factor de calidad es un parámetro que esta en funcion de la impedanciacaracterística y la resistencia de radiación. Determina la variación de la frecuencia,respecto a la del trabajo, permitida por la antena para que ésta tenga unrendimiento aceptable y su calculo es así:

)11(4

))(( 0 −−−−−−−−−−= EcR

ZQRVn

aπ

La impedancia de entrada que presenta la antena en su punto de alimentacióny la cual es necesario conocer para conseguir un correcto acoplamiento con laimpedancia del generador. Es un valor complejo, compuesto de una parte real(resistencia de entrada) y una parte imaginaria (reactancia de entrada), y sucalculo es el siguiente:

)14(

:entradadeimpedancialademoduloEl

)13(]2cos[]2cosh[

]2[

:imaginariaParte

)12(])2(cos[])2(cosh[

]2[:realParte

22

0

0

−−−−−−−−−−−−−−+=

−−−−−−

−

−=

−−−−−−

=

EcXRZ

EcHH

HsenZX

EcHH

HsenhZR

eeeeee

ee

ee

βαβ

βαα

Para el acoplamiento de la antena con la impedancia del generador, es comúnutilizar materiales magnéticos. Los materiales magnéticos se usan en aplicacionescomo transformadores de fuentes de poder, transformadores de audio, inductorespara filtrado de AC y RF, transformadores de banda angosta y ancha, redesamortiguantes, supresores de EMI(interferencia electromagnética) y RFI(interferencia de radio frecuencia) etc.

Hay dos grupos básicos de núcleo de hierro pulverizado :

Ø Los de hierro carbonilØ Los de hierro reducido al hidrógeno



Los primeros (los de hiero carbonil) se caracterizan por su estabilidad en ampliosrangos de temperatura y de niveles de flujo. Su rango de permeabilidad seencuentra entre 3 y 35 y tiene excelentes factores de calidad operando afrecuencias entre 50 KHz. y 200 MHz. se les encuentra en amplias aplicaciones deRF, en las que la estabilidad y el factor de calidad están de por medio.

Los segundos tienen permeabilidades entre 35 y 90 pero sus factores de calidadson menores a los del hierro carbonil. Se les encuentra principalmente paraconstruir filtros contra EMI y chokes de baja frecuencia.

Haciendo uso del programa matemática se realizan los cálculos para una antenatipo Loop de cuadro:

CALCULO DE ANTENA PARA EL SISTEMA DE 134 KHZ.

c= 300* 10^6f= 134* 10^3lambda= c fN@lambdaDl= 2.50S= l* l300000000134000150000

672238.812.56.25

Constante de fase y Altura efectivaNota: el valor de S es la superficie limitada; n = numero de espiras.n= 1B=H2* PiLlambdaN@BDHe=HH2* PiL* S* nL HlambdaL167 p750000.002806490.0175406

Ho=HH2* ArcTan@HHHe* BL2LDLBL0.0175406



Longitud Eléctrica

El valor de 1.05 es por que una buena apox. es con un 5% más larga que la longitud fisica.H= Ho* 1.05

0.0184176

Longitud Física y Eléctrica:

bo= 2* B* Hob= 2* B* H0.00009845480.000103378

Resistencia de radiación:

Rrv= 320HSin@HPi* lLlambdaDL1.12259

para el caso general (de más espiras)Rrvn=HRrv* n^2L1.12259

Impedancia Mediaa es el radio del conductor para este caso se toma un conductor de 0.643mm de diámetro.a= 0.643* 10^- 3Zom = 120HLog@H2* HLaD- 1L0.000643365.768

Impedancia Característica:

Zo= 120*HHLog@Ho aD- 1L- H0.5* Log@H2* HoLlambdaDLL940.563

Longitud Efectiva

Le=H2* Tan@HB* HoL2DLB0.0175406



Factor de atenuación

Las unidades de atenuación son nepersa =HRrvn HH* ZoLL0.064804

Atenuación Total

aH=HRrvn ZoL0.00119353

Inductancia:

La=HZo H8* fLL0.00087739

Capacitancia:

Ca=H2 HHPi^2L* f* ZoLL1.60782´ 10-9

Factor de calidad o Q de una antena

Qa=HHPi* ZoL H4* RrvnLL658.044

Impedancia de Entrada

Parte Real:Ree= Zo*HHSinh@2* a * HDL HCosh@2* a * HD- Cos@2* B* HDLL786574.

Parte Imaginaria:Xee= Zo*HH- Sin@2 * B* HDL HCosh@2* a * HD- Cos@2* B* HDLL- 34064.4

El modulo de la impedancia de entrada es:Ze= Sqrt@HRee^2L+HXee^2LD787311.



A continuacion se muestran las graficas obtenidas de los principales parámetrospara el calculo de la antena, esto tras hacer una variación del numero de espiras.Todos los cálculos que se grafican a continuación fueron obtenidos con la ayudadel programa Mathematica 4.

FIGURA5:

Resistencia de rdiacion y Q Vs No. de Espiras

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12

numero de espiras

Resistencia de Radiacion

Factor de Calidad

Figura5 refleja como al aumentar el numero de espiras de 1 hasta 10, disminuyedrásticamente el factor de calidad pero aumenta la resistencia de radiación lo cualpara nuestros propósitos es bueno, pues recordaremos que este es un parámetroque viene dado por la capacidad que tiene la antena de disipar la energía querecibe del generador, radiándola al espacio.



Mas parámetros interesantes:

FIGURA6:

impedancia de entrada

0100000200000300000400000500000600000700000

0 5 10 15

No de espiras

Ohm

s

impedancia deentrada

Figura6 Muestra el comportamiento de la impedancia de entrada

FIGURA7:

Impedancia Caracteristica

820840860880900920940960980

1000

0 5 10 15

No de espiras

Ohm

s

ImpedanciaCaracteristica

Figura7 Muestra el comportamiento de la impedancia característica



FIGURA8:

Factor de Atenuacion

00.10.20.30.40.50.60.7

0 5 10 15

No de espiras

Nep

ers

Factor deAtenuacion

Figura8 Muestra el comportamiento del factor de atenuación

FIGURA9:

Longitud Electrica

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 5 10 15

No de espiras

LongitudElectrica

Figura9 Muestra el comportamiento de la longitud eléctrica



Para mayor entendimiento de las graficas se muestra a continuación las tablas conlas cuales se graficaron los parámetros.

TABLA2:

numero de espiras (n) H Rrv Zo alfa1 0.0184176 1.112259 838.914 0.07265623 0.0552528 10.1033 904.83 0.202095 0.0920879 28.6648 935.48 0.3257817 0.128923 55.0071 955.668 0.446458

10 0.184176 112.259 977.069 0.623828

TABLA2 Muestra los parámetros: Longitud electrica, Resistencia de radiación, Impedancia característica,factor de atenuación.

TABLA3:

numero de espiras (n) L C Q Zin1 0.000782569 1.842640E-09 586.928 6264533 0.000844058 1.671320E-09 70.3383 81029.95 0.000872649 1.616560E-09 26.1795 31190.47 0.000981481 1.582410E-09 13.6452 16621.3

10 0.000911445 1.547750E-09 6.83358 8541.38

TABLA3 Muestra los parámetros: Inductaancia, Capacitancia, factor de calidad e Impedancia caracteristica.

Para nuestros propósitos la antena que se adecua más es la de 10 espiras con unalambre de 0.643mm o calibre 22, esta ultima es según la medición American WireGauge (AWG).

Es por ello que mostramos a detalle los cálculos realizados con este tipo deparámetros:



CALCULO DE ANTENA PARA EL SISTEMA DE 134 KHZ CON 10 ESPIRAS, YUN ALAMBRE CON AWG 22.

Nota: l esta calculada en metros.c= 300* 10^6f= 134* 10^3lambda= c fN@lambdaDl= 2.50S= l* l300000000134000150000

672238.812.56.25

Constante de fase y Altura efectiva

Nota: el valor de S es la superficie limitada; n = numero de espiras.n= 10B=H2* PiLlambdaN@BDHe=HH2* PiL* S* nL HlambdaL1067 p750000.002806490.175406

Ho=HH2* ArcTan@HHHe* BL2LDLBL0.175406

Longitud Eléctrica

El valor de 1.05 es por que una buena apox. es con un 5% más larga que la longitud física.H= Ho* 1.05

0.184176



Longitud Física y Eléctrica:bo= 2* B* Hob= 2* B* H0.0009845480.00103378

Resistencia de radiación:Rrv= 320HSin@HPi* lLlambdaDL1.12259

para el caso general (de más espiras)Rrvn=HRrv* n^2L112.259

Impedancia Mediaa es el radio del conductor para este caso se toma un conductor de 3mm de diámetro.a= 0.643* 10^- 3Zom = 120HLog@H2* HLaD- 1L0.000643642.078

Impedancia Característica:Zo= 120*HHLog@Ho aD- 1L- H0.5* Log@H2* HoLlambdaDLL1078.72

Longitud EfectivaLe=H2* Tan@HB* HoL2DLB0.175406

Factor de atenuaciónLas unidades de atenuación son nepersa =HRrvn HH* ZoLL0.565044

Atenuación TotalaH=HRrvn ZoL0.104067

Inductancia:La=HZo H8* fLL



0.00100627

Capacitancia:Ca=H2 HHPi^2L* f* ZoLL1.4019´ 10-9

Factor de calidad o Q de una antenaQa=HHPi* ZoL H4* RrvnLL7.54701

Impedancia de Entrada

Parte Real:Ree= Zo*HHSinh@2* a * HDL HCosh@2* a * HD- Cos@2* B* HDLL10402.7

Parte Imaginaria:Xee= Zo*HH- Sin@2 * B* HDL HCosh@2* a * HD- Cos@2* B* HDLL- 51.2975

El modulo de la impedancia de entrada es:Ze= Sqrt@HRee^2L+HXee^2LD10402.8



RESULTADOS DE LA ANTENA PARA EL SISTEMA DE 134 KHZ CON 10ESPIRAS. Y UN ALAMBRE CON AWG 22

PARÁMETRO ABREVIATURA VALORFrecuencia F 134 KHz.Longitud de Onda λ 2.5 mSuperficie S 6.5 mConstante de fase β 0.00280649Altura efectiva He 0.175406Longitud eléctrica H 0.184176Resistencia de radiación Rrv 112.259 ΩImpedancia media Zom 642.078 ΩImpedancia característica Zo 1078.72 ΩLongitud efectiva Le 0.175406Factor de atenuación α 0.565044 [nepers]Atenuación total αH 0.104067Inductancia La 0.00100627 HCapacitancia Ca 1.4019x10-09 FFactor de calidad Q 7.54701Impedancia de entradaparte real

Ree 10402.7

Impedancia de entradaparte imaginaria

Xee -51.2975

Impedancia de entradamodulo

Ze 10402.8



CONCLUSIONES:

La decisión que llevo a elegir una antena con 10 espiras fue debido a quesegún la ecuación uno (Ec-1), la resistencia de radiación es un parámetro queviene dado por la capacidad que tiene la antena de disipar la energía que recibedel generador, radiándola al espacio. Su valor es el equivalente a una resistenciafísica que disipa la misma energía que radia la antena, cuando por las dos circulauna corriente de igual intensidad. Como en 10 espiras este parámetro aumento demanera significativa le tomamos en cuenta.

Aún cuando el factor de calidad en 10 espiras disminuye drásticamente nonos preocupa tanto, esto por que el valor de Q = 6.8, es un valor muy aceptablesobre todo por que para esta aplicación el ancho de banda no nos afecta tanto.

Lo que sí nos preocupa es el valor de la impedancia de entrada que para elcaso de 10 espiras nos arroja un valor de 10.5 KΩ lo cual efectivamente es unvalor muy elevado para acoplar con la impedancia de la fuente, es por ello que setendrá que recurrir a arreglos de impedancias en los cuales se consideren amateriales magnéticos con núcleos de hierro pulverizado, pero se deberá tenercuidado en la elección de la principal característica de estos materiales que es lapermeabilidad (µ) la cual es una medida de que tan superior es el material conrespecto al aire, para formar una trayectoria magnética o fuerza magnética.

La implementación de la antena es fundamental para este tipo de aplicacióndebido a que el campo de radiofrecuencia genera una corriente eléctrica sobre labobina de recepción del dispositivo (tarjeta). Esta señal es rectificada y de estamanera se alimenta el circuito. Cuando la alimentación llega a ser suficiente elcircuito transmite sus datos. El interrogador detecta los datos transmitidos por latarjeta como una perturbación del propio nivel de la señal.

Si se desea implantar este tipo de sistema en edificios donde se requierauna gran cantidad de lectores, tanto de alta como de baja frecuencia, se deberáutilizar una computadora central la cual actúe como servidor, donde se contenga labase de datos de todas las tarjetas a utilizar. La conexión adecuada para este tipode lectores es la topología tipo estrella utilizada en las redes tipo LAN. Para éstepropósito la red estaría conformada por las unidades lectoras de RFID. Latopología en estrella conecta todos los cables con un punto central deconcentración. Por lo general, este punto es un hub o un switch.



El propósito de un hub es regenerar las señales de red y se utilizanprincipalmente por dos razones: para crear un punto de conexión central para losmedios de cableado y para aumentar la confiabilidad de la red. La confiabilidad dela red se ve aumentada al permitir que cualquier cable falle sin provocar unainterrupción en toda la red. Esta es la diferencia con la topología de bus, en la que,si un cable falla, se interrumpe el funcionamiento de toda la red.

El tener demasiados lectores puede ocasionar colisiones en la red, esto esprovocado al existir trafico en una LAN, es por ello que en este sentido creoconveniente utilizar dispositivos que nos diminuyan este tipo de problema unaprobable solución podría ser el uso de puentes. Un puente es un dispositivo dediseñado para conectar dos segmentos LAN. El propósito de un puente es filtrar eltráfico de una LAN, para que el tráfico local siga siendo local, pero permitiendo laconectividad a otras partes (segmentos) de la LAN para enviar el tráfico dirigido aesas otras partes. Aunque los routers y los switches han adoptado muchas de lasfunciones del puente, estos siguen teniendo importancia en muchas redes.

Al implementar la tecnología RFID para este tipo de aplicación, se debetomar en cuenta lo siguiente. Estos chips tienen una capacidad muy alta dememorización y estandarización, en los cuales se pueden meter muchos bits deinformación, así que brindan una capacidad enorme de almacenamiento deinformación y la posibilidad de conectarlos a Internet para realizar el seguimientode los objetos o personas, o lo que se desee monitorear; son muy útiles parasaber dónde están los objetos, cuanto tiempo permanecen en algún lugar. Endefinitiva, una trazabilidad en red que no existía hasta ahora, por que el chip no esde gran utilidad si no hay red.

Pero se debe de tomar en cuenta que estos chips, prácticamente invisibles eidentificables a distancia. Pueden atentar contra la vida privada de los individuos,esta nueva tecnología se debe de tomar con cierta prudencia pues es capaz derecuperar datos personales de los individuos, sin su autorización. Esto por quepudiera ser que se desarrollara un sistema de control de accesos y seguridad enáreas restringidas utilizando dispositivos de radiofrecuencia, sin advertir a laspersonas.



REFERENCIAS:

[1.] Electrónica de Comunicaciones, “Notas del Curso”, Alejandro Martínez Gonzáles,Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa.

[2.] “Radiación Propagación y Antenas para onda larga, onda corta y microondas”,Maria José Salmerón, Ed. Trillas.

[3.] “Calculo de Antenas”, A. García Domínguez , Ed. Alfaomega, Segunda Edición.

[4.] “Antenas”, John D. Kraus, Ed. McGraw-Hill internacional, segunda edición.

[5.] “Elementos de Electromagnetismo”, Matthew N. O. Sadiku, Ed. CECSA, segundaedición México, 1998, ISBN 968-26-1320-5

[6.] Pagina de Internet : “Texas Instruments” http://www.ti.com/tiris/default.htm

[7.] Pagina de Internet : “Qualtec México” http://www.qualtecmex.com.mx/index.htm

http://www.ti.com/tiris/default.htm

http://www.qualtecmex.com.mx/index.htm

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ACTIVIDAD148.206.53.84/tesiuami/UAMI11914.pdf · 2005-02-12 · Proyecto de Ingeniería Electrónica II ... DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE ACCESOS Y SEGURIDAD EN AREAS RESTRINGIDAS,