Partie spécifique - Partie A · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole Candidat libre - SIN 2021

SYSTÈME D'INFORMATION ET NUMÉRIQUE

SYSTÈME DE SERRURES CONNECTÉES

Mise en situation

La rénovation des locaux et des vestiaires a aussi été l'occasion de changer les casiers. Le choix s'est porté sur des casiers informatisés et automatisés, sécurisés par détecteurs anti-effraction, fonctionnant à badge RFID. Ce système comporte plusieurs avantages:

C'est un système sûr

Serrures entièrement intégrées et invisibles portes fermées pour être protégées contre le vandalisme.

Serrures équipées de moteur et non d'électro-aimant afin de résister aux chocs.

C'est un système fiable

Fonctionne sur secteur. Une alimentation de secours sur batterie permet le fonctionnement des contrôleurs et des serrures.

Sans ces alimentations de secours, le fonctionnement des serrures est interrompu. Les casiers restent en l'état ouvert ou fermé et fonctionnent de nouveau dès la remise sous tension – comme s'il n'y avait pas eu de coupure.

Tous les éléments du système de contrôle des casiers sont prévus pour fonctionner dans une atmosphère humide et chlorée.

Le système devra être intégré au réseau informatique local de la piscine.

Présentation de serrure RFID (objet de cette étude)

Les casiers vestiaires sont organisés en plusieurs ilots de 32 casiers chacun. Au sein de chaque ilot, les casiers sont pilotés par un contrôleur possédant un afficheur, une antenne lisant les badges RFID. Chaque ilot est identifié par une adresse IP sur le réseau.

DTS1: Présentation des casiers et du RFID

Les casiers vestiaires sont organisés en plusieurs ilots de 32 casiers chacun. Au sein de chaque ilot, les casiers sont pilotés par un contrôleur possédant un afficheur, une antenne lisant les badges RFID.

Chaque ilot est identifié par une adresse IP sur le réseau.

DTS1.1 Principe du RFID

La radio-identification, le plus souvent désignée par le sigle RFID (de l'anglais radio frequency identification), est une méthode pour mémoriser et récupérer des données à distance en utilisant des marqueurs appelés « radio-étiquettes » (« RFID tag » ou « RFID transponder » en anglais).

Les radio-étiquettes sont de petits objets, tels que des étiquettes autoadhésives, qui peuvent être collés ou incorporés dans des objets ou produits et même implantés dans des organismes vivants (animaux, corps humain).

Les radio-étiquettes comprennent une antenne associée à une puce électronique qui leur permet de recevoir et de répondre aux requêtes radio émises depuis l'émetteur-récepteur.

Ces puces électroniques contiennent un identifiant et éventuellement des données complémentaires.

Le système est activé par un transfert d'énergie électromagnétique. Le lecteur agit généralement en maître, il envoie une onde électromagnétique en direction de l'objet à identifier. Il active ainsi le marqueur, qui lui renvoie de l'information.

Le lecteur envoie des requêtes aux tags RFID pour récupérer des données stockées dans leur mémoire. Le tag, généralement télé-alimenté par le signal du lecteur, génère en premier lieu un code permettant d'identifier l'objet sur lequel il est déposé. La communication entre les deux entités s'engage. Le lecteur peut procéder à une écriture d'information dans le tag.

DTS1.2 Protocole de communication RFID

Le code d'un tag transmis au lecteur RFID est constitué de 4 octets, via une onde électromagnétique modulée en amplitude, comme le démontre la capture d'oscilloscope ci-dessous.

Le codage utilisé est le code Manchester pour la transmission des données du tag vers l'antenne.

Le premier octet envoyé est l'octet de poids fort. Le tag émet les données par paquet de 4 bits suivi d'un bit de parité paire. Puis de nouveau 4 bits et un nouveau bit de parité jusqu'à émettre les 4 octets du code complet. Il n'y a ni bit de start ni de bit de stop. Le contrôle de parité se fait tous les demi-octets transmis. La trame est réémise toutes les secondes si le badge reste sur le lecteur.

DTS1.3 Traitement des données par le lecteur RFID

Le lecteur reçoit un code de 4 octets du tag soit 8 caractères hexadécimaux. Ce code subit un traitement de données afin d'être exploité par un microcontrôleur via une liaison série.

La trame envoyée au microcontrôleur possède le format suivant:

Le cheksum est obtenu en réalisant un ou-exclusif (XOR) entre les valeurs hexadécimales des 5 octets correspondants au code du tag.

Donc ici:

(0x 1B) XOR (0x 00) XOR (0x 98) XOR (0x C1) XOR (0x E3) = (0x A1)

0x 1B = 0 0 0 1 1 0 1 1

0x 00 = 0 0 0 0 0 0 0 0

0x 98 = 1 0 0 1 1 0 0 0

0x C1 = 1 1 0 0 0 0 0 1

0x E3 = 1 1 1 0 0 0 1 1

--------------------------

Résultat = 1 0 1 0 0 0 0 1 (0x A1) Ce qui revient à dire que pour une fonction OU-Exclusif à plus de 2 entrées la sortie est égale à 1 si le nombre d'entrées à 1 est impair.

DTS1.4 La transmission série vers le microcontrôleur.

Le relevé suivant nous montre la trame envoyée par le lecteur de tags RFID au microcontrôleur via une liaison série classique. Chaque octet envoyé est transmis au standard suivant:

1 bit de start, suivi de 8 bits de données (le LSB étant envoyé le premier) et de 2 bits de stop, respectant le format TTL (0 / 5V) Les données sont envoyées au format ASCII (valeur en hexadécimal), ce qui revient à dire que le microcontrôleur va recevoir 10 caractères pour pouvoir identifier le code d'un badge RFID.

La transmission des données se fait à une des vitesses normalisées pour la liaison série.

Valeurs normalisées pour les liaisons série: 75, 110, 300, 600, 1200, 4800, 9600, 14400, 19200, 56000, 115200, 128000, 256000. (bauds)

DTS1.5 Technologie des Tags RFID

DTS1.6 Principe de fonctionnement générale de la serrure RFID

C'est un système sûr: les serrures sont entièrement intégrées et invisibles portes fermées. Les serrures sont équipées de servo moteur et non d'électro-aimant afin de résister aux chocs. Un détecteur d'ouverture sur chaque porte prévient des tentatives d'effraction (forçage de la porte) via une alarme dans le local et un report sur un PC serveur, la signature informatique des badges RFID ou code barre est communiquée en temps réel.

Le système lit uniquement le numéro de série unique, qui est une information publique, et l'associe au casier qui est fermé. L'information « casier X fermé » par la badge RFID numéro de série du badge est enregistrée dans le serveur et pas sur le badge. Le lecteur de badge n'inscrit aucune information sur le badge RFID.

C'est un système fiable: les casiers fonctionnent sur secteur et non sur piles. Ils sont insensibles aux coupures de courant, car une alimentation de secours sur batterie permet le fonctionnement des contrôleurs et des serrures. Sans ces alimentations de secours, le fonctionnement des serrures est interrompu. Les casiers restent en l'état ouverts ou fermés, et fonctionnent de nouveau dès la remise sous tension – comme s'il n'y avait pas eu de coupure.

C'est un système pérenne et évolutif: compatible avec tous les supports de contrôle d'accès existants car il ne fait que lire ces supports, sans écrire de l'information dessus. Par simple modification de l'interface, les casiers peuvent fonctionner aussi avec des lecteurs biométriques, des claviers à codes secrets.

Comment ouvrir et fermer son casier.

Le verrouillage se déroule en 3 phases:

fermer la porte de votre casier en appuyant sur la porte jusqu'au signal sonore (signal continu pendant 2 secondes). L'activation d'un des interrupteurs d'un des 32 casiers génère une interruption du programme du microcontrôleur;

passer votre badge sur l'antenne RFID à côté de l'afficheur LCD dans les 8 secondes;

le numéro du casier s'affiche, le casier est verrouillé. Le servo moteur est en position 0°.

Pour déverrouiller le casier:

passer votre badge sur l'antenne, le numéro de casier s'affiche 3 bips sonore sont émis (300 ms à intervalle de 300 ms) le casier s'ouvre. Le servo moteur est en position 180°.

DTS2: Tableau du codage ASCII

Dec · Hex · Oct · Char · Dec · Hex · Oct · Char · Dec · Hex · Oct · Char · Dec · Hex · Oct · Char

32 · 20 · 40 · [space] · 48 · 30 · 60 · 0 · 64 · 40 · 100 · @ · 80 · 50 · 120 · P

33 · 21 · 41 · ! · 49 · 31 · 61 · 1 · 65 · 41 · 101 · A · 81 · 51 · 121 · Q

34 · 22 · 42 · " · 50 · 32 · 62 · 2 · 66 · 42 · 102 · B · 82 · 52 · 122 · R

35 · 23 · 43 · # · 51 · 33 · 63 · 3 · 67 · 43 · 103 · C · 83 · 53 · 123 · S

36 · 24 · 44 · $ · 52 · 34 · 64 · 4 · 68 · 44 · 104 · D · 84 · 54 · 124 · T

37 · 25 · 45 · % · 53 · 35 · 65 · 5 · 69 · 45 · 105 · E · 85 · 55 · 125 · U

38 · 26 · 46 · & · 54 · 36 · 66 · 6 · 70 · 46 · 106 · F · 86 · 56 · 126 · V

39 · 27 · 47 · ' · 55 · 37 · 67 · 7 · 71 · 47 · 107 · G · 87 · 57 · 127 · W

40 · 28 · 50 · ( · 56 · 38 · 70 · 8 · 72 · 48 · 110 · H · 88 · 58 · 130 · X

41 · 29 · 51 ·) · 57 · 39 · 71 · 9 · 73 · 49 · 111 · I · 89 · 59 · 131 · Y

42 · 2A · 52 · * · 58 · 3A · 72 ·: · 74 · 4A · 112 · J · 90 · 5A · 132 · Z

43 · 2B · 53 · + · 59 · 3B · 73 ·; · 75 · 4B · 113 · K · 91 · 5B · 133 · [

44 · 2C · 54 ·, · 60 · 3C · 74 · < · 76 · 4C · 114 · L · 92 · 5C · 134 · \

45 · 2D · 55 · - · 61 · 3D · 75 · = · 77 · 4D · 115 · M · 93 · 5D · 135 · ]

46 · 2E · 56 ·. · 62 · 3E · 76 · > · 78 · 4E · 116 · N · 94 · 5E · 136 · ^

47 · 2F · 57 · / · 63 · 3F · 77 · ? · 79 · 4F · 117 · O · 95 · 5F · 137 · _

Partie A: une solution RFID sera-t-elle adaptée pour verrouiller les casiers vestiaires afin de permettre aux usagers de déposer leurs affaires en toute sécurité ?

Question A1

Grâce aux caractéristiques données par les tags sur le DTS1.5, déterminer le tag le mieux adapté pour notre utilisation. Justifier votre réponse.

Question A2

Déterminer la valeur des 2 amplitudes maximale et minimale permettant la modulation en amplitude du signal transmis par le tag à l'antenne (DTS1.2).

Question A3

Déterminer la fréquence de la porteuse permettant la modulation en amplitude du signal transmis par le tag à l'antenne (DTS1.2).

Question A4

En vous aidant des caractéristiques de la trame RFID du DTS1.2, décoder l'octet de la trame RFID envoyée par un tag en complétant le tableau sur le DRS1.

Octet N°2

$b_{3\_7}$ · $b_{3\_6}$ · $b_{3\_5}$ · $b_{3\_4}$

Parité N°1

$b_{4\_3}$ · $b_{4\_2}$ · $b_{4\_1}$ · $b_{4\_0}$

Parité N°2

0 · 1 · 1 · 1

1

Valeur Hexadécimale: 0x 7

Valeur Hexadécimale:

Octet N°3

$b_{5\_7}$ · $b_{5\_6}$ · $b_{5\_5}$ · $b_{5\_4}$

Parité N°1

$b_{6\_3}$ · $b_{6\_2}$ · $b_{6\_1}$ · $b_{6\_0}$

Parité N°2

0 · 0 · 1 · 1

0

Valeur Hexadécimale:

Valeur Hexadécimale: 0x 3

Question A5

En déduire la valeur du code complet envoyé par le tag (sur DRS2, sous forme de 10 caractères ASCII hexadécimaux).

Question A6

Pour le reste du sujet on considère que le code du tag sera $(01\cdot 7C\cdot A3\cdot 4F)_{16}$.

Convertir cette valeur en décimal. Vérifier que l'identifiant du badge est bien 24 945 487.

Question A7

Sachant que le code propre à chaque tag est toujours 1B, déterminer la valeur du cheksum du badge étudié (DTS1.3).