И снова привет, мир! В прошлой статье про IoT-елочку в голосовании многие отметили, что интересна тема управления устройствами в зависимости от количества человек в помещении. Это довольно масштабная задача, и мы предлагаем разделить ее решение на несколько этапов. Сегодня поговорим о системе контроля управления доступом (СКУД), которая, будучи подключенной к платформе интернета вещей Rightech IoT Cloud (далее по тексту - платформа), является базовым элементом в системе подсчета количества человек в офисе. Мы уже поверхностно освещали этот кейс в одной из статей, но сегодня рассмотрим этот проект более подробно и погрузимся в особенности исполнения. Система контроля и управления доступом, СКУД (англ. Physical Access Control System, PACS) — совокупность программно-аппаратных средств контроля и управления, главная цель которой - ограничение и регистрация входа-выхода объектов (людей, транспорта) на заданной территории через «точки прохода»: двери, ворота, КПП. Задача обеспечить контроль за входом-выходом в офисе возникла еще в те времена, когда у нас был выход на крышу с отличным видом на Москву, и поэтому часто приходили люди, не являющиеся нашими сотрудниками. Тогда мы решили принять какие-то меры по безопасности и установить СКУД. В качестве модуля, отвечающего за обработку информации по считыванию бесконтактных карт, выбрали GATE-8000.  Основные достоинства контроллера: формирование и хранение необходимой информации о факте открытия двери по карте и времени прохода человека в офис; возможность автономной работы и защиты от зависания;  хранение 16 тысяч ключей и 8 тысяч событий; простое подключение и управление; российский производитель, хорошая документация с описанием работы контроллера. Основной принцип работы: контроллер обрабатывает информацию, поступающую со считывателя, и с помощью встроенного реле коммутирует исполнительное устройство - электромагнитный замок двери.  После того, как контроллер установили в систему по общей схеме подключения, а карты записали в память, мы уже обезопасили себя от прохода в офис посторонних. А дальше возник вопрос, как подключить этот контроллер к платформе Rightech ioT Cloud. Ведь очень здорово иметь а) графический интерфейс, в котором можно полистать историю всех проходов, б) возможность отправки команд на открытие двери удаленно, не отходя от рабочего места, например, для гостей или доставщика еды. У контроллера нет выхода в Интернет и видимой возможности подключения к платформе, к тому же все события нужно принудительно считывать из его циклического буфера. Однако у него есть свой протокол обмена данными с компьютером управления, благодаря которому можно отправлять на контроллер команды, такие как считать из контроллера, записать в контроллер,  открыть/закрыть замок и другие. Значит, нужно сделать некоторую программно-аппаратную прослойку между контроллером и платформой - агента, который будет отправлять команды на чтение событий и управление контроллером. Обращаем внимание, что в данной архитектуре функция открытия двери при прикладывании карты не перестанет выполняться при отсутствии Интернета. За открытие двери и сбор информации отвечает контроллер СКУД, поэтому в случае потери Интернета, единственное, что нам грозит, - это то, что агент, который доставляет данные на платформу, не будет функционировать, так как не сможет получать команды на чтение буфера. Однако при восстановлении соединения все события считаются в полном объеме и не потеряются, так как они будут сохранены в буфере контроллера СКУД. Для начала нужно было выбрать устройство, которое будет всегда в активном состоянии с включенной программой-агентом в непосредственной близости от платы СКУД. Из многообразия микрокомпьютеров первое что попало под руку выбор пал на Raspberry Pi. Дальше возник вопрос, как подсоединить GATE-8000 к Raspberry - то есть как подключить последовательный интерфейс RS485 от GATE к USB от микрокомпьютера. Начались поиски переходника USB-RS485. Первый вариант, который мы испробовали, - Espada за 200 рублей. Надежда на то, что маленький хлипкий китайский переходник заработает, была небольшой. Он и не заработал. Вместо нужных данных приходило что-то похожее по виду и размеру, но… всё же не то. В чем было дело: в отсутствии гальванической развязки, невозможности поддерживать скорость 19200 bps или же просто в некачественной элементной базе, - загадка. Но после обращения к производителю GATE-8000, мы получили рекомендацию на более дорогой (в 10 раз) и громоздкий (но аккуратный и корпусированный) переходник Z-397, который заработал тут же как надо.  Начинаем разработку программы с определения, какие функции она должна выполнять. Что нужно - взаимодействие с GATE-8000 для отправки команд и получения данных.  Как решим - изучим протокол GATE, напишем сериализатор и десериализатор данных, подключим библиотеку для работы с последовательным портом. Что нужно - взаимодействие с платформой для получения команд и отправки данных. Как решим - выберем для общения протокол MQTT, в коде воспользуемся готовой библиотекой Paho MQTT.  Итак, мы приступили к изучению протокола GATE-8000, который является закрытым, поэтому ниже рассказано только о некоторых его особенностях. Он достаточно низкоуровневый, и необходимо обращаться напрямую к регистрам памяти устройства. В документе по этому протоколу описаны кадры запросов от компьютера контроллеру и кадры ответов контроллера компьютеру. Меняя поля в кадре запроса, можно отправлять на устройство различные команды и получать информацию из регистров.  Одна из особенностей протокола в том, что инициатором обмена всегда является компьютер. Поэтому есть два подхода работы с устройством:  1) задавать всю логику работы в агенте; 2) использовать внешние запросы (от платформы).  Мы выбрали второй вариант и вынесли логику с конечного устройства на платформу (подробнее про сервис сценариев автоматизации >>>). Так ее легко адаптировать и подстроить, при этом код программы остается компактным и позволяет просто формировать команды для устройства, а платформа в свою очередь координирует отправку команд и их периодичность.  Такое решение, конечно, не подойдет, если от устройства требуется предпринять действия мгновенно (например, если идет речь о жизни человека), но даже в таком случае часть логики можно вынести на платформу. Как вариант, для выбора заранее запрограммированных шаблонов поведения. После того как мы внимательно изучили этот протокол, формат кадров и список команд, возникла первая сложность. Команды для чтения буфера, в котором содержатся события о том, кто и во сколько пришел, не оказалось. А ведь получить эту информацию - первоочередная задача. Понадобилось изучить карту памяти контроллера, чтобы определить адреса, по которым нужно считывать данные. Под картой памяти контроллера (термин из протокола) имеется в виду таблица с описанием заполнения регистров памяти, а не микрофлешка =).  Следующая особенность работы с контроллером в том, что за один цикл чтения можно получить только 12 событий, по 8 байт на каждое. А на каждый проход человека в офис генерируется уже два события: 1) найден ключ в банке ключей (банк ключей - еще один блок в распределенной памяти контроллера); 2) состоялся проход (если он, конечно, состоялся).  Ниже представлен фрагмент кода на С++, реализующий метод одного цикла чтения буфера.  Немного добавило хлопот то, что, наконец вытащив нужные байты, на месте информации о карте, мы увидели не номер карты, а адрес, по которому он находится. Поэтому потом каждый номер ключа приходится отдельно считывать по адресу. Также не сразу заметили наличие байтстаффинга, его обработку мы ввели уже после первого тестирования с платой. Процедура байтстаффинга заключается в замене зарезервированных символов в теле пакета на специальную последовательность, не содержащую данных символов.   Полная структурная схема разработанной системы выглядит так. Работоспособность всех устройств было очень удобно проверять с помощью графического последовательного терминала СuteCom. После успешного тестирования программа была поставлена на автозапуск, а Raspberry отправилась жить на потолке рядом с платой СКУДа. Основные данные с контроллера - это события, на платформу они приходит в формате JSON и включают в себя поля eventTime - время наступления события; eventCode - код события; keyNumber - номер карты сотрудника (поле может быть пустым, если событие вызвано не картой). Модель устройства выглядит следующим образом. Посмотреть оригинал >>> Возможные события: нажата кнопка звонка; неопознанный ключ на входе; неопознанный ключ на выходе; ключ найден в банке ключей при входе; ключ найден в банке ключей при выходе; открывание оператором по сети; дверь заблокирована оператором; дверь оставлена открытой после входа; дверь оставлена открытой после выхода; проход состоялся на вход; проход состоялся на выход; перезагрузка контроллера. Интерфейс объекта полностью формируется согласно разработанной модели. Посмотреть оригинал >>> Ура, теперь, собравшись на кухне офиса в ожидании пиццы на праздник, можно никуда не идти, а просто открыть мобильное приложение и нажать кнопку открытия двери для курьера!  Можно заметить, что есть команда не только на чтение буфера событий, но и на запись новых границ. В памяти контроллера хранятся границы буфера - начало и конец. Когда на устройство приходит команда чтения, из памяти берутся эти границы и в их пределах происходит чтение из буфера событий. Граница конца буфера сдвигается автоматически на контроллере при получении новых событий. А вот начальную границу буфера нужно перезаписать (указав конечную границу после прошедшего чтения), чтобы не прочитать одни и те же данные повторно. Но это необходимо сделать только после того, как данные о событиях успешно отправлены на платформу.  Зафиксировать успешное получение данных и затем отправить команду на перезапись начальной границы удобно в автомате.  Посмотреть оригинал >>> Здесь виден цикл <чтение>-<запись новой границы буфера>-<ожидание таймера> (сейчас события считываются каждые 30 секунд).  В состоянии “Read events” читаем новые события. В состоянии “Clear buffer” записываем новую границу. В состоянии “Await timer …” ожидаем начала нового цикла.  Также есть дополнительные обратные связи для состояний, в которых отправляются команды. Если в течение работы таймера не произошло успешное выполнение команды, таймер срабатывает и отправляется соответствующее сообщение оператору, после чего происходит повторная отправка команды. Данный проект нашел свое продолжение в интеграции с нашей внутренней CRM системой, в которой на вкладке информации о сотрудниках всегда видны актуальные сведения о том, кто находится или отсутствует в офисе. Также отображается время входа/выхода из офиса, считается суммарное количество часов в месяц. Посмотреть оригинал >>> В мессенджер Slack каждый день пишется о том, что офис открыт, когда приходит первый человек, взявший ключи на ресепшене. Забор данных из платформы производится по REST API. API платформы предоставляет возможность работы, взаимодействия и использования сущностей платформы и их данных в таких внешних системах, как веб-порталы, мобильные и веб-приложения или, как в нашем случае, - CRM системах. Посмотреть проект, в котором есть пример настройки взаимодействия и получения данных с платформы >>> Теперь мы знаем немного больше о том, как может работать СКУД в IoT-проектах. В следующих материалах рассмотрим, как рассчитать на базе полученной информации количество человек в офисе и какие практические применения есть у этой идеи.