UNIVERSITE SIDI MOHAMED BEN ABDELLAH
Ecole Nationale Des Sciences Appliquées-Fès
Département Electrique & Informatique
Génie Systèmes Embarqués & Informatique Industrielle
Projet de fin d’année:
Développement d’un système embarqué
d’identification et de contrôle à base de la
technologie RFID
-Deuxième année cycle d’ingénieur
Présenté par :
-Chaymae ARAQAS
-Manal BOUALAM
Encadré par :
-M.A.MANSOURI
Année universitaire : 2015_2016
1
Remerciement
Au nom d’ALLAH le tout puissant, le très miséricordieux,
Ce travail, ainsi accompli, n’aurait point pu arriver à terme, sans l’aide et le soutien et tout
le guidage d’ALLAH, louange au Seigneur de l’univers.
En second lieu nous tenons à remercier nos parents pour leur assistance morale infiniment
soutenant.
Nous remercions particulièrement :
Notre encadrant et chef de filière Monsieur Anas MANSOURI pour son aide, son
soutien et ses consignes tout au long de l’achèvement de ce projet de fin d’année.
Les membres de jury qui ont accepté de juger notre travail.
Tout le corps professoral et administratif de l’Ecole Nationale des Sciences
Appliquées de Fès pour son soutien.
Enfin, nous voudrons rendre hommage à toutes les personnes qui n’ont pas hésité à
nous aider d’une manière ou d’une autre durant notre étude.
2
Résumé
Depuis les années 80, la technologie d’identification par radiofréquence (RFID) a
connu un fort développement. Grâce à la réduction des coûts, ses champs d’application se
sont largement étendus. Que ce soit dans le domaine « grand public » (transport, médiathèque,
hôpitaux, université, etc.) ou concernant des applications industrielles (logistique,
productique, textiles innovants, etc.), les utilisations et usages liés à
laRFIDsedéveloppentdeplusenplus.
La technologie RFID permet bien souvent de gagner du temps sur certaines missions
et de dégager du temps pour l’étudiant afin qu’il fasse autre chose. L’intégration de la
technologie RFID en université réorganise parfois les missions de chacun dans l’université.
Dans ce cadre, s’inscrit notre projet de fin d’année, effectué au sein de l’Ecole
Nationale des Sciences Appliqués de Fès, qui a pour objectif d’amorcer un projet ambitieux
qui est celui de la réalisation d’un système de contrôle à base de la technologie RFID.
Ce document reflète l’ensemble du travail effectué au sein de laboratoire dans le cadre
d’un projet nouveau et fort instructif qu’est est la numérisation des universités.
3
Abstract
Since the 80s, the radio frequency identification technology (RFID) has developed
strongly. By reducing costs, its application fields have greatly expanded. Whether in the field
"general public" (transport, library, hospital, university, etc.) or for industrial applications
(logistics, manufacturing, innovative textiles, etc.), uses related to RFID are developing more
and more.
RFID technology of ten saves time on certain missions and making time for students
to do something else. The integration of RFID technology in university sometimes rearranges
each missions in college.
In this context, our project is part of year-end, made in the National School of Applied
Sciences of Fez, which aims to initiate an ambitious project is the realization of a system of
control based on RFID technology.
This document reflects all the work done in the laboratory as part of a new and
instructive project what is the digitization of university.
4
Table de matières
Chapitre I :Introduction générale ............................................................................................... 9
Chapitre II :Présentation du cahier de charge .......................................................................... 11
I-
Problématique : ............................................................................................................. 12
II- Présentation du cahier des charges : .............................................................................. 13
III-
Planification ............................................................................................................... 13
IV-
Conclusion ................................................................................................................. 14
Chapitre III :Description et étude de la technologie RFID ...................................................... 15
I-
Historique : .................................................................................................................... 16
II- Technologie RFID : ....................................................................................................... 17
1.
De l'identification à la RFID :.................................................................................... 17
2.
Description générale : ................................................................................................ 18
3.
Composants d’un système RFID : ............................................................................. 18
4.
Protocoles de communication .................................................................................... 22
5.
Fréquences de communication .................................................................................. 22
6.
Les avantages de la RFID .......................................................................................... 23
7.
Les limites de la RFID ............................................................................................... 24
8.
Normes RFID ............................................................................................................ 24
9.
Domaines d’application ............................................................................................. 25
III-
Conclusion : ............................................................................................................... 25
Chapitre III : ............................................................................................................................. 26
I-
Présentation des outils matériels : ................................................................................. 27
1.
ArduinoMega 2560 : .................................................................................................. 27
2.
Lecteur RFID Parallax ............................................................................................... 29
3.
Carte Embarquée FOX G20 ...................................................................................... 31
4.
Le lecteur UHF RFID Integrated Reader : ................................................................ 32
II- Présentation des outils logiciels : .................................................................................. 34
1.
Picocom : ................................................................................................................... 34
2.
Lighttpd : ................................................................................................................... 35
3.
MySQL : .................................................................................................................... 35
4.
Apache : ..................................................................................................................... 36
III-
Conclusion : ............................................................................................................... 36
Chapitre IV : ............................................................................................................................. 37
I-
Prise en main du lecteur PARALLAX : ........................................................................ 38
II- Prise en main du lecteur UHFRFID Integrated Reader :............................................... 39
5
1.
Interfaçage du lecteur avec pc : ................................................................................. 39
2.
Interfaçage du lecteur avec foxg20 : .......................................................................... 40
Conclusion Générale ................................................................................................................ 43
Références ................................................................................................................................ 44
6
Table des figures
Figure 1 : Présentation du cahier des charges .......................................................................... 13
Figure 2: liste des tâches et leurs durées .................................................................................. 14
Figure 3 : diagramme de GANTT ............................................................................................ 14
Figure 4 : Identification électronique ....................................................................................... 17
Figure 5: Description du fonctionnement de la RFID .............................................................. 18
Figure 6: Etiquette RFID .......................................................................................................... 19
Figure 7: Les catégories des étiquettes RFID ........................................................................... 19
Figure 8: Communication entre le lecteur et les tags ............................................................... 21
Figure 9: Composants d'un système RFID ............................................................................... 22
Figure 10 : ArduinoMega 2560 ................................................................................................ 27
Figure 11 : ATMega 2560 vue de haut et de bas ..................................................................... 27
Figure 12 : lecteur RFID parallax ............................................................................................ 30
Figure 13: Lecteur RFID .......................................................................................................... 31
Figure 14: Carte Fox G20......................................................................................................... 31
Figure 15: Composants de la Fox g20 ...................................................................................... 32
Figure 16 : le lecteur UHF........................................................................................................ 33
Figure 17 : Interfaçage du lecteur avec la carte Arduino ......................................................... 38
Figure 18 : Lecture des tags avec Arduino ............................................................................... 38
Figure 19 : Lecture des tags avec terminal de linux ................................................................. 39
Figure 20 : Tableau étudiant de la base donnée rfid ................................................................ 39
Figure 21 : Tableau présent de la base donnée rfid .................................................................. 39
Figure 22 : Page web ................................................................................................................ 40
Figure 23 : liste des présents de la classe gseii2....................................................................... 40
Figure 25: Interface du terminal d’émulation Picocom............................................................ 42
Figure 26: lecture des tags via foxg20...................................................................................... 42
7
Table des tableaux
Table 1: Gamme des fréquences .............................................................................................. 23
Table 2 : Partitionnement de la carte SD .................................................................................. 41
8
Chapitre I :
Introduction Générale
9
Introduction Générale
Les progrès dans les domaines des télécommunications et de l’électronique ont permis
de donner corps à une idée assez ancienne, celle de l’identification à distance par
radiofréquence.
Insérer une clé pour démarrer un véhicule, badgé pour accéder à un bâtiment ou une
salle, utiliser les remontées mécaniques lors d’un séjour au ski, valider un titre de transport
dans le bus ou le métro sont des gestes entrés dans le quotidien de bon nombre d’entre nous.
Nous utilisons, sans en être toujours conscient, des technologies de capture automatique de
données basées sur les ondes et rayonnements radio fréquence. L’une de ces technologies est
ce qu’on appelle la RFID (pour Identification Radio Fréquence). On peut la définir comme
étant une technologie d'identification automatique qui utilise le rayonnement radiofréquence
pour identifier les objets porteurs d'étiquettes lorsqu'ils passent à proximité d'un interrogateur.
La technologie RFID se trouve au croisement du code à barres et de la carte à puce sans
contact. Elle est composée d'un code d'identification et d’une puce qui permet de lire ou d’y
enregistrer des informations à distance.
L’armée américaine (DoD), la grande distribution (WAL-MART, METRO, M&S,
TESCO), certains constructeurs automobiles (FORD, BMW, DAIMLER CHRYSLER, GM)
et la pharmacie (PURDUE, PFIZER) sont pionniers dans l’utilisation de la technologie RFID.
Ils ont marqué le pas en faisant de la RFID un projet répondant à des problématiques
spécifiques propres à leur industrie.
Dans ce rapport de stage de projet de fin d’année, nous allons étudier la mise en place
d’une solution au sein de l’Ecole Nationale des Sciences Appliqués de Fès à base de la
technologie RIFID dans le cadre du développement des universités (université numérique).
10
Chapitre II :
Présentation du cahier de charge
Dans ce chapitre on a décrit les besoins qui nous ont conduits à
réaliser ce projet de fin d’année, En suite on a décrit les
différentes étapes de la réalisation du projet
11
I-
Problématique :
Le monde en entiers est sur la vague de la numérisation de l’information en générale et
des objets en particulier. Tout pays développé vise à gérer le temps et exécuter les tâches en
temps réel.
Le développement d’une ville toujours commence par le développement de ses
universités et écoles de la vient l’idée de notre projet de fin d’année qui consiste à la
réalisation d’un système qui permet :
• L’automatisation de l’appel des apprenants.
• Faciliter la tâche des enseignants et des services de scolarité.
• Responsabiliser les apprenants.
• Contrôler les absences en temps réel.
• Lutter contre l’absentéisme.
• Gérer les parkings de l’université.
En utilisant la technologie d’identification par radiofréquences. A travers une page
web accessible par les opérateurs (tout le cadre professoral et administratif de l’Ecole
Nationale des Sciences Appliqués de Fès).
A titre indicatif, les perspectives offertes par la RFID par rapport à d’autre
technologies d’indentification (tel que le code à barre par exemple) sont notamment :
• Permettre de changer les données sur l’étiquette.
• Permettre d’opérer sans manipulation humaine.
• Permettre d'opérer sans visibilité directe entre l'étiquette et le lecteur.
• Autoriser une communication entre objets.
• Permettre d’identifier des objets de façon individualisée.
12
II-
Présentation du cahier des charges :
Notre système de gestion d’accès aux salles consiste à commander l’accès aux portes
aussi aux parkings. Tout d’abord l’étudiant doit avoir le tag inclus dans sa carte d’étudiant.
Ensuite, on associe à chaque étudiant un nombre d’informations le distinguant des autres
étudiants; son numéro CIN, nom et prénom, le nombre d’absence, l’heure d’accès aux salles,
ainsi que le numéro d’identification correspondant à son tag RFID.
Figure 1 : Présentation du cahier des charges
Lorsque l’étudiant se place devant la porte de la salle, le lecteur détecte le tag associé à
l’étudiant, il interroge le serveur qui vérifie dans une base de données si l’identifiant du tag est
déjà enregistré, puis en enregistre dans la base de données les renseignements concernant
l’étudiant, puis l’utilisateur de la page web peut consulter en temps réel les résultats.
III- Planification
La structuration de notre idée de base visant à mettre en place un système
d’identification des étudiants de l’ENSAF nous a menés à fixer un certain nombre d’objectifs
que nous avons répartis en tâches, et de planifier l’exécution de chacune de ces tâches.
La planification d'un projet est un outil incontournable pour le management de projet.
Elle permet de définir les travaux à réaliser, fixer des objectifs, coordonner les actions, et
rendre compte de l'état d'avancement du projet. Parmi les outils de planification de projet, j’ai
utilisé le diagramme de GANTT, c’est un outil qui permet de planifier le projet et de rendre
plus simple le suivi de son avancement. Ce diagramme permet aussi de visualiser
l’enchainement et la durée des différentes tâches durant le projet.
13
Le tableau ci-dessous représente les tâches planifiées pour la bonne gestion du projet
tout en respectant le critère de temps et les missions demandées.
Figure 2: liste des tâches et leurs durées
Quant à la figure suivante, elle illustre le diagramme de GANT qu’on a proposé pour
la planification du déroulement de notre projet :
Figure 3 : diagramme de GANTT
IV- Conclusion
Le projet de fin d’année, qui s’est déroulé sur une durée de 4 mois, au laboratoire des
systèmes embarqués à l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Fès a été divisé en
plusieurs tâches ; la première étant la prise en main de l’environnement de travail (carte
embarquée Arduino/PortuxG20/FOX g20) puis l’interfaçage avec le lecteur RFID Parallax
puis avec le lecteur UHF Reader et en utilisant le port série. La deuxième tâche consistait à
mettre en place une communication réseau entre le serveur (carte embarquée) et le client (site
web).
14
Chapitre III :
Description et étude de la
technologie RFID
Ce chapitre a pour but d’introduire la technologie RFID et de décrire
ses fonctionnalités. Nous allons voir l’historique de celle-ci, son principe de
fonctionnement, et ses domaines d’application, qui se montrent très diversifiés.
15
I-
Historique :
Réellement développés depuis les années 60, les systèmes RFID ont connu leurs prémices
lors de la seconde guerre mondiale où les ondes radiofréquences étaient utilisées comme
moyen d’identification des avions alliés (IFF : IdentifyFriendlyFoe). Mais ce sont les progrès
des télécommunications et de l’électronique en général qui ont rendu possible le
développement de cette technique, en plein essor depuis quelques années.
Bien qu’elle soit de plus en plus utilisée aujourd’hui, il a fallu à la technologie RFID plusieurs
années pour s’imposer :
1940
• L'idée de base vient de l'ingénieur russe, Léon Theremin, qui a inventé un outil d'espionnage pour
l'Union Soviétique, basé sur la transmission des ondes radioélectriques incidentes contenant des
informations audio, qui permettent l'écoute secrète sans identification pour différencier les avions
amis des avions ennemis.
1948
• Les tags furent placés dans les avions amis afin de répondre comme amical à l'interrogation des
radars.
• Le système IFF fut la première utilisation de la RFID. Aujourd'hui encore, le contrôle du trafic
aérien est basé sur ce principe.
1970
1980
1990
• Durant les années 70, les systèmes RFID restèrent une technologie confidentielle à usage militaire
pour la sécurité de sites sensibles notamment dans le secteur du nucléaire.
• Les avancées technologiques permettent l'apparition du tag passif. Le tag RFID rétromodule l'onde
rayonnée par l'interrogateur pour transmettre des informations. Cette technologie permet de
s'affranchir de source d'énergie embarquée sur l'étiquette réduisant de ce fait son coût et sa
maintenance.
• Début de la standardisation pour une interopérabilité des équipements RFID à commencer par les
cartes à puces puis les systèmes tags lecteurs de manière générale.
2005
•Commercialisation en masse des lecteurs et des tags RFID, dans le domaine de la logistique et
de la traçabilité.
2010
• IBM évaluait à environ 30 milliards le nombre d’étiquettes RFID produites dans le monde. La
technologie RFID est utilisée pour les passeports électroniques, dans la logistique, le suivi des
animaux et d’autres applications.
2014
• La RFID continue à voir le jour dans plus d’applications et remplace peu à peu les codes à barres.
16
II-
Technologie RFID :
1. De l'identification à la RFID :
L’identification électronique et le suivi d’objets se développent de plus en plus dans le
domaine de la distribution, qu’elle soit grande ou petite, le code à barres est largement utilisé
à l’heure actuelle. Il a l’avantage de présenter un faible coût et de posséder des normes bien
établies. Mais le nombre d’informations qu’il contient reste très restreint et il est nécessaire
d’avoir une parfaite visibilité optique directe pour le lire.
Remplacer des codes lisibles optiquement par les mêmes codes portés par des ondes
électromagnétiques permet de supprimer ces deux inconvénients. C’est pourquoi la RFID
s’est développée.
L’identification électronique se divise en deux branches :
- L'identification « à contact »
-
L'identification « sans contact »
Identification
électronique
Identificatio
n sans
contact
Identificatio
n à contact
Circuit
mémoire
Carte à puce
RFID
Infrarouge
Liaison
optique
Figure 4 : Identification électronique
a. Identification à contact :
Il s'agit de dispositifs comportant un circuit électronique dont l'alimentation et la
communication sont assurées par des contacts électriques. Les deux principaux exemples
d'identification à contact sont :
- Les circuits « mémoire » : ils comportent des fonctions mémoire embarqués sur des
modules de formes et de tailles variées.
- Les cartes à puces : Les exemples de cartes à puces les plus connus sont les cartes
bancaires, la carte vitale ou encore la carte SIM.
17
b. Identification sans contact :
On peut décomposer les identifications sans contacts en trois sous-branches principales :
- La vision optique : ce type de liaison nécessite une vision directe entre l'identifiant et
le lecteur (laser, camera CCD...). La technologie la plus répandue est le code à barres
linéaires.
-
La liaison infrarouge : Ce type de liaison assure un grand débit d'information, une
grande directivité et une bonne distance de fonctionnement. Ces systèmes nécessitent
également une visibilité directe.
-
Les liaisons Radiofréquences : Ce type de liaison permet la communication entre
l'identifiant et un interrogateur, sans nécessité de visibilité directe. De plus, il est
également possible de gérer la présence simultanée de plusieurs identifiants dans le
champ d'action du lecteur (anticollisions).
2. Description générale :
Cette technologie est basée sur l'émission de champs électromagnétiques réceptionnés
par une antenne couplée à une puce électronique (étiquette). Le champ sert de vecteur à
l'information entre la puce et son lecteur, ainsi qu’à l'énergie d'activation de ces puces.
Une application d'identification automatique radio fréquence se compose donc d'un
lecteur qui transmet un signal selon une fréquence déterminée vers une ou plusieurs étiquettes
radio situées dans son champ de lecture. Celles-ci transmettent en retour un signal. Lorsque
les étiquettes sont "réveillées" par le lecteur, un dialogue s'établit selon un protocole de
communication prédéfini et les données sont échangées.
Figure 5: Description du fonctionnement de la RFID
3. Composants d’un système RFID :
Un système RFID (Radio Fréquence Identification) se compose de transpondeurs (aussi
nommés étiquettes, marqueurs, tags, identifiants...) et d'un ou plusieurs interrogateurs (aussi
nommés coupleurs, base station...)
18
a. Etiquette RFID ou Tag :
Une des méthodes d’identification les plus utilisées est d’abriter un numéro de série ou
une suite de données dans une puce (chip) et de relier cette dernière à une petite antenne. Ce
couple composé d’un puce silicium et une antenne bobinée ou imprimée est alors encapsulé
dans un support qui est l’étiquette RFID. Ces étiquettes peuvent alors être incorporés dans des
objets ou être collés sur des produits.
Les tags se composent:
- D’un microprocesseur permettant la programmation des tags.
- D’une mémoire EEPROM qui contient les informations identifiant le tag.
- D’une antenne, généralement bobinée, qui reçoit la requête du lecteur et lui renvoie
l’information demandée.
Figure 6: Etiquette RFID
On peut classer les tags selon trois catégories en fonction de l‟alimentation :
- tags actifs.
-
tags semi-actifs.
-
tags passifs.
Figure 7: Les catégories des étiquettes RFID
19
a.1 Tags passifs
C’est un tag qui rétro module l'onde issue de l'interrogateur pour transmettre des
informations. Il n'intègre pas d'émetteurs RF. Le tag passif utilise généralement l'onde
magnétique ou électromagnétique issue de l'interrogateur pour alimenter le circuit
électronique embarqué. La principale caractéristique de ce type d’étiquettes est donc qu’elles
fonctionnent grâce à l’énergie fournie par le lecteur.
a.2 Tags semi actifs
Ces tags sont similaires aux cartes d’identification passive. Ils emploient des
technologies proches, mais avec quelques différences importantes. Ils disposent en effet eux
aussi d’une petite batterie qui fonctionne en permanence, ce qui libère l’antenne pour d'autres
tâches. Ces tags sont plus robustes et plus rapides en lecture et en transmission que les tags
passifs.
a.3 Tags actifs
Les étiquettes actives sont les plus chères car elles sont plus complexes à produire et
assurent, outre des fonctions de transmission, des fonctions soit de captage soit de traitement
de l’information captée, soit les deux. De ce fait, elles ont besoin d’une alimentation
embarquée qui leurs permettent d’être lus depuis de longues distances.
On peut aussi classer les différents types d’étiquettes selon les 4 classes suivantes :
Classe 0 et classe 1 : tags passifs à lecture seule (on ne peut que lire l'identifiant
unique du tag).
Classe 2 : tags passifs à fonctions additionnelles (écriture mémoire).
Classe 3 : tags passifs assistés par batterie.
Classe 4 : tags actifs.
b. Lecteur RFID :
Un lecteur RFID est un équipement destiné à identifier des tags mobiles présents dans son
champ de détection. Pour ce faire, il est équipé d’un circuit qui émet une énergie
électromagnétique par l’intermédiaire d’une antenne, un module RF responsable de la
communication avec les étiquettes et une interface de contrôle qui est responsable de la
communication avec l’unité de contrôle.
La plupart des lecteurs contiennent une interface supplémentaire de type RS 232 pour
transférer les données reçues à d’autres systèmes. Il dispose d’une électronique qui lui permet
de décoder les informations reçues des tags, et de les envoyer par la suite au dispositif chargé
de collecter et traiter les données.
20
Encore plus pratique, le lecteur RFID est capable aussi de modifier le contenu des
étiquettes. Les antennes constituent l’équipement fondamental du rayonnement
radiofréquence, elles équipent le lecteur ainsi que les étiquettes mobiles.
L’importance de l’antenne réside dans le fait qu’elle permet de déterminer ou de contrôler
la portée optimale du lecteur.
Généralement, on distingue quatre procédés :
- Lecture de proximité : entre 10 et 25 cm
- Lecture de voisinage : jusqu'à 1 mètre
- Lecture à moyenne distance : de 1 à 9 mètres
- Lecture longue portée : jusqu'à plusieurs centaines de mètres
c. Communication entre le lecteur et tags :
Ce sont les Interrogateurs RFID, émetteurs de radiofréquences qui vont activer les tags qui
passent devant eux en leur fournissant l'énergie dont ils ont besoin pour fonctionner.
Outre de l'énergie pour l'étiquette, l'interrogateur envoie des commandes particulières
auxquelles répond le tag. L'une des réponses les plus simples possibles est le renvoi d'une
identification numérique. La fréquence utilisée par les interrogateurs est variable selon le type
d'application visé et les performances recherchées.
Figure 8: Communication entre le lecteur et les tags
La communication entre le lecteur et le tag s’effectue en quatre temps :
1- Le lecteur transmet par radio l’énergie nécessaire à l’activation du tag.
2- Il lance alors une requête interrogeant les étiquettes à proximité.
3- Il écoute les réponses et élimine les doublons ou les collisions entre réponses.
4- Enfin, il transmet les résultats obtenus aux applications concernées.
21
Figure 9: Composants d'un système RFID
4. Protocoles de communication
Généralement, le lecteur est en mesure de gérer la communication avec plusieurs tags
mobiles, ceci peut créer des collisions entre les différentes informations envoyées par ces tags.
Donc, afin de limiter les parasites des tags à proximité, on intègre un protocole de
communication au système lecteur-étiquette. On distingue deux types de protocoles :
Protocole TTF (Tag TalksFirst) : dans ce mode, le tag annonce sa présence à son arrivée
dans le champ d'un lecteur. Ce mode peut poser des conflits lorsque plusieurs tags annoncent
leur présence simultanément.
Protocole RTF (Reader TalksFirst) : dans ce mode, le lecteur interroge constamment son
environnement afin de détecter la présence de nouveaux arrivants. Une requête est propagée
régulièrement et, lorsqu'un transpondeur entre dans le champ et est capable de répondre, il
renvoie une réponse annonçant sa présence.
L’utilisation simultanée des deux modes implique des conflits importants. Pour ces
raisons, il faut veiller à appliquer un mode unique dans des secteurs fermés employant la
technologie RFID.
5. Fréquences de communication
Le dialogue entre le tag et le lecteur est régit par un protocole de communication dont la
principale caractéristique est la fréquence radio d'échange.
Plusieurs fréquences de communication cohabitent au sein de la technologie RFID, les
principales gammes sont :
22
Table 1: Gamme des fréquences
6. Les avantages de la RFID
La RFID est une solution efficace, facile à utiliser et parfaitement adaptée aux opérations
automatisées. Elle présente plusieurs avantages qui lui permettent de dépasser plusieurs
technologies d’identification déjà existantes :
a- Pas de ligne de vision directe (NLOS) : la technologie RFID ne requiert aucun
contact ni aucune visibilité directe entre le lecteur et l’étiquette à identifier, ce qui les
rend puissant devant le problème d’interférences.
b- Une grande capacité de contenu : Dans une étiquette radiofréquence une capacité de
1000 caractères est aisément stockable sur 1mm2.
c- Identification Multiple :la technologie peut fonctionner dans des environnements
rudes, et contrairement aux codes-barres (qui identifient un objet à la fois) elle permet
une lecture simultanée de plus de 800 étiquettes par seconde sans aucune collision de
données.
d- Une sécurité d’accès au contenu : Comme tout support numérique, l’étiquette radio
fréquence peut être protégée par mot de passe en écriture ou en lecture. Les données
peuvent être chiffrées. Dans une même étiquette, une partie de l’information peut être
en accès libre, et l’autre protégée. Cette faculté fait de l’étiquette RF, un outil adaptée
à la lutte contre le vol et la contrefaçon.
23
e- Une plus grande durée de vie : Dans les applications où un même objet peut être
utilisée plusieurs fois, comme l’identification des supports de manutention, ou la
consignation du contenant, une étiquette radio fréquence peut être réutilisée 1 000 000
fois.
7. Les limites de la RFID
La technologie RFID est puissante mais sensible principalement aux environnements
métalliques et aqueux. Les avancées technologiques permettent de plus en plus d'envisager
l'utilisation fiable de certaines technologies RFID dans ces milieux. D'autres contraintes
conditionnent le choix de la technologie RFID appropriée à un projet, nous pouvons en citer
quelques-uns :
a)La vitesse de débit des objets à traquer et leur degré d'empilement
b) La distance entre tags et lecteurs
c) Le cout : Les prix restent nettement supérieurs à ceux des étiquettes code à barres pour des
unités consommateurs.
d) Sensibilité aux ondes électromagnétiques.
8. Normes RFID
Devant l'ampleur et l'essor de la technologie, il est devenu nécessaire de standardiser et
normaliser la RFID. Des normes ont donc été rédigées dans ce but. ISO/IEC (ISO et
International Electrotechnical Commission) ont donc établi la norme 18000 : RFID Air
Interface Standards, dont la norme 18000-1 factorise tous les éléments communs à la
technologie. Les normes 18000-2 à 18000-7 décrivent les standards pour chaque fréquence ou
gamme de fréquence utilisée en RFID. Pour chacune de ces normes, il existe des
spécifications propres aux algorithmes et méthodes de fonctionnement de la communication
des fréquences concernées.
Les normes relatives aux protocoles de communication ont pour désignation :
-
ISO 18000-1 : Architecture de référence et définition de paramètres standardisés
ISO 18000-2 : pour des fréquences de communications inférieures à 135 KHz
ISO 18000-3 : pour une fréquence de fonctionnement à 13,56 MHz
ISO 18000-4 : pour une fréquence de 2,45 GHz
ISO 18000-6 : pour des fréquences comprises entre 860 et 930 MHz
ISO 18000-7 : pour un fonctionnement en 433 MHz
24
9. Domaines d’application
- Santé : Dans le domaine de la santé, les usages de la RFID sont intrinsèquement liés aux
questions de sécurité de personnes, malades ou nouveau-nées... En France, plusieurs hôpitaux,
utilisent à présent ces puces pour l’identification et la traçabilité des analyses et des
médicaments. Les implantations sous cutanées de puces RFID, contenant des informations
vitales pour la santé, sont déjà une réalité aux Etats-Unis. La RFID est également mise en
place dans des hôpitaux américains pour le traitement et le suivi des patients atteints de
maladies exigeant des conditions de traitements spécifiques ou d’urgence.
- La sécurité :
Gestion du personnel en ayant un suivi de leur horaire de travail.
Contrôler l’accès à des zones réservées.
Logistique et distribution
Suivi de bagages dans les transports en commun.
Suivi de marchandises dans un port.
- Paiement sans contact
- Logistique et la distribution : La logistique et la distribution ont été les premiers
débouchés majeurs des technologies RFID. Les RFID permettent en effet d’optimiser le
pilotage des stocks, de réduire les immobilisations, les ruptures de stock et les coûts
d’inventaire.
III- Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons présenté la technologie RFID, son apport, sa composition,
son principe de fonctionnement, ses normes et ses limites, en mettant l’accent sur ses
domaines d’applications.
25
Chapitre III :
Préparatio de l’e viro
travail
e e t de
Dans ce chapitre il s’agit de présenter la réalisation du projet. On
a tout d’abord présenté les outils utilisés pour la réalisation de ce
projet
26
I-
Présentation des outils matériels :
1. ArduinoMega 2560 :
Les modules arduino sont des plate-formes de prototypage microcontrôlées "opensource" spécialement conçues pour les artistes, les concepteurs ou les hobistes. Cette
version est architecturée autour d'un ATmega2560 associé à une interface USB (le câble
est
proposé en
option
au
bas
de
la
page).
Figure 10 : ArduinoMega 2560
L'ensemble des entrées/sorties de la platine sont disponibles sur des connecteurs
femelles présents sur les bords de la platine.
Figure 11 : ATMega 2560 vue de haut et de bas
27
Caractéristiques:
Microcontrôleur
Tension de fonctionnement
Tension
d'alimentaion
(recomandée)
Tension d'alimentaion (limites)
Nombre d'E/S
Nb ports "Analogique/Numérique"
Courant max. par E/S
Courant pour broches 3.3 V
Mémoire Flash
SRAM
EEPROM
Vitesse horloge
ATmega2560
5V
7- 1 2 V
6 - 20V
54 (dont 14 pouvant générer des signaux PWM)
16
40 mA
50 mA
256 KB (ATmega328) dont 8 KB utilisé par
le bootloader
8 KB (ATmega328)
4 KB (ATmega328)
16 MHz
Programmation :
Programmables via un langage proche du "C" (disponible en libre téléchargement), les
modules Arduino peuvent fonctionner de façon autonome ou en communiquant avec un
logiciel "tournant" sur un ordinateur (Flash, MaxMSP...).
Nous proposons également dans la colonne de droite:
- Un câble USB
- Un bloc d'alimentation secteur optionnel
- Une fiche d'alimentation optionnelle
Entrées et sorties numérique :
Chacune des 54 broches numériques de la carte Mega peut être utilisée soit comme une
entrée numérique, soit comme une sortie numérique, en utilisant les
instructions pinMode(),digitalWrite() et digitalRead() du langage Arduino. Ces broches
fonctionnent en 5V. Chaque broche peut fournir ou recevoir un maximum de 40mA
d'intensité et dispose d'une résistance interne de "rappel au plus" (pull-up) (déconnectée
par défaut) de 20-50 KOhms. Cette résistance interne s'active sur une broche en entrée à
l'aide de l'instruction digitalWrite(broche,HIGH).
De plus, certaines broches ont des fonctions spécialisées :
Communication Serie: Port Serie Serial : 0 (RX) and 1 (TX); Port Serie Serial 1: 19
(RX) and 18 (TX); Port Serie Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX); Port Serie Serial 3: 15
(RX) and 14 (TX). Utilisées pour recevoir (RX) et transmettre (TX) les données
séries de niveau TTL. Les broches 0 (RX) and 1 (TX) sont connectées aux broches
correspondantes du circuit intégré ATmega8U2 programmé en convertisseur USB28
vers-série de la carte, composant qui assure l'interface entre les niveaux TTL et le
port USB de l'ordinateur.
Interruptions Externes: Broches 2 (interrupt 0), 3 (interrupt 1), 18 (interrupt 5), 19
(interrupt 4), 20 (interrupt 3), et 21 (interrupt 2). Ces broches peuvent être
configurées pour déclencher une interruption sur une valeur basse, sur un front
montant ou descendant, ou sur un changement de valeur. Voir
l'instruction attachInterrupt() pour plus de détails.
Impulsion PWM (largeur d'impulsion modulée): Broches 0 à 13. Fournissent une
impulsion PWM 8-bits à l'aide de l'instruction analogWrite().
SPI (Interface Série Périphérique): Broches 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53
(SS). Ces broches supportent la communication SPI (Interface Série Périphérique)
disponible avec la librairie pour communication SPI. Les broches SPI sont
également connectées sur le connecteur ICSP qui est mécaniquement compatible
avec les cartes Uno, Duemilanove et Diecimila.
I2C: Broches 20 (SDA) et 21 (SCL). Supportent les communications de protocole
I2C (ou interface TWI (TwoWire Interface - Interface "2 fils"), disponible en
utilisant la librairie Wire/I2C (ou TWI - Two-Wire interface - interface "2 fils") .
Noter que ces broches n'ont pas le même emplacement que sur les cartes Uno,
Duemilanove ou Diecimila.
Broche Analogique :
La carte Mega2560 dispose de 16 entrées analogiques, chacune pouvant fournir une
mesure d'une résolution de 10 bits (càd sur 1024 niveaux soit de 0 à 1023) à l'aide de la
très utile fonction analogRead() du langage Arduino. Par défaut, ces broches mesurent
entre le 0V (valeur 0) et le 5V (valeur 1023), mais il est possible de modifier la référence
supérieure de la plage de mesure en utilisant la broche AREF et
l'instruction analogReference() du langage Arduino.
2. Lecteur RFID Parallax
Description
Le module de lecture RFID de Parallax est une solution économique qui peut lire les
balises de transpondeur RFID passives. Ce module de lecture RFID peut être utilisé dans
une large variété d'applications commerciales, notamment le contrôle de l'accès,
l'identification automatique, la robotique, la navigation, le suivi des stocks, les systèmes
de paiement et l'immobilisation des voitures.
29
Figure 12 : lecteur RFID parallax
Caractéristiques :
Les principales caractéristiques de ce module sont :
Méthode économique de lecture des balises de transpondeur de la gamme EM4100
RFID passives.
Interface série à 2 400 bauds.
L'entrée permet au logiciel d'activer/de désactiver le module.
LED bicolore pour l'indication visuelle de l'état.
Connexions
Pin
1
Nom
Type
Fonction
Vcc
Power
2
Enable
Input
3
Sout
Output
4
Gnd
Ground
Alimentation électrique requise : 4,5 à 5,5 v
Pin d‟activation du module.
Pour activer l‟antenne du lecteur il faut activer ce
pin niveau bas
Interface série
2400 bps, 8 bits de données, pas de parité, 1 bit
d'arrêt
La masse
30
Figure 13: Lecteur RFID
Protocole de communication :
Toute communication est de 8 bits de données, pas de parité, 1 bit d'arrêt, et le bit le
moins significatif en premier (8N1) a 2400 bps.
Quand le lecteur est actif et le tag est place dans son champ de détection, L.ID unique
de l’étiquette sera transmis comme une chaine de caractères ASCII de 12 octet
3. Carte Embarquée FOX G20
Présentation FOX Board G20 est un système embarqué économique de faible
dimension, capable de faire tourner un noyau Linux. La distribution fournie avec la carte est
actuellement une Debian Squeeze.
Figure 14: Carte Fox G20
31
Caractéristiques
De nombreux ports d'entrée/sortie généraux sont disponibles, ainsi que deux ports
hôtes USB, un port client mini USB, un port Ethernet, un bus I2C, un convertisseur
analogique/digital, un lecteur de cartes microSD …
La puissance disponible sur cette carte cadencée à 400Mhz est largement suffisante
pour faire tourner sans problème un serveur web, contrôler les moteurs du robot, ré encoder le
flux webcam, envoyer ce dernier par Wifi et bien d'autres fonctionnalités.
Figure 15: Composants de la Fox g20
4. Le lecteur UHF RFID Integrated Reader :
Description :
Le UHF RFID lecteur de milieu de gamme est une haute performance Lecteur UHF
intégré. Basé sur propriétaire efficace numérique signal algorithme de traitement, il prend
en charge l'avance rapide tag lire/écrire le fonctionnement avec taux élevé d'identification.
Il peut être largement appliquée dans de nombreux RFID systèmes d'application tels
que Logistique, contrôle d'accès, Et anti-contrefaçon et industrielle Système de contrôle
de processus de production
32
Figure 16 : le lecteur UHF
Caractéristiques :
Paramètres de base
Modèle
Type
Dimensions
Net poids
Temp de fonctionnement.
Temp de stockage.
Interface
Indicateur
Alimentation
RFID Paramètres
Gamme de fréquences
Protocoles
Mode de travail
RF Power
Antenne
Lire gamme
Mode de lecture
Vitesse de déplacement du véhicule
Logiciel
K19
UHF passif milieu de gamme intégrée lecteur
235x235x57mm
900g
-10 ~ + 60 °C
-25 ~ + 80 °C
Rs232/uart, rs485, wiegand26/34
Buzzer
+ DC 9 V (équipé de l'adaptateur secteur)
902-928 MHz (fcc), 865-868 MHz (ce)
Iso18000-6b, iso18000-6c/epc GEN2
FHSS sauts et fréquence fixe
0 ~ 30dbm, consigne réglable par logiciel
BUILT-IN 8dBi antenne à polarisation circulaire
6 m, tag et l'environnement à charge
Actif, réponse, déclenchement mode de fonctionnement,
logiciel programmable
80 km/h
Fournir SDK, DLL et logiciel de démonstration,
Exemple de code pour faciliter le développement.
33
Capacité absolue
Article
Alimentation
Temp de fonctionnement.
Temp de stockage.
Symbole
VCC
T opr
T str
Valeur
16
-10~+65
-25~+75
Unité
V
°C
°C
Spécification électrique et mécanique
Sous T un = 25 °C, VCC = 9 v, sauf indication
Article
Alimentation
Courant dissipation
Symbole
VCC
IC
Min
8
Fréquence
F req
860
Distance efficace*
DIS
300
Typ
9
350
865~868
902~928
500
Max
12
650
Unité
V
MA
960
MHz
600
Cm
Interface
Article
Rouge
Noir
Jaune
Bleu
Violet
Orange
Brun
Blanc
Vert
Gris
II-
Commentaire
+9V
GND
Wiegand data0
Wiegand data1
RS485 R +
RS485 RGND
RS232 RXD
RS232 TXD
Entrée de déclenchement (niveau TTL)
Présentation des outils logiciels :
1. Picocom :
Picocom est un programme d'émulation de terminal minimale idéal pour l'accès à un port
série basée sur la console Linux. Picocom est typiquement utilisé lors de l’élaboration d'un
produit à base de Linux embarqué.
Pour lancer Picocom, on doit spécifier le nom du port série que nous allons utiliser pour
lier la carte embarquée avec l’ordinateur. Les noms de ports série sont typiques :
/ dev/ttyS0 pour PC avec un port intégré de série
34
/ dev/ttyUSB0 si on utilise un câble USB pour le dongle série.
Picocom nous permet aussi de régler tous les paramètres du port série en les spécifiant
directement sur la ligne de commande. Pour 115 200 bauds (-b 115200), 8 bits (réglage par
défaut), pas de parité (réglage par défaut), aucun contrôle de flux (réglage par défaut), et sans
remise à zéro de port (-r) et aucun blocage de port (-l).
La commande permettant de lancer le terminal d’émulation est la suivante :
picocom-b 115200 /dev/ttyS3
Pour quitter picocom, utiliser CTRL-A suivi par CNTL-X.
2. Lighttpd :
Lighttpd est un logiciel de serveur Web (ou HTTP) sécurisé, rapide et flexible.
C'est un logiciel libre distribué selon les termes de la licence BSD.
Sa rapidité vient du fait qu'il a une plus petite empreinte mémoire que d'autres serveurs HTTP
ainsi qu'une gestion intelligente de la charge CPU.
3. MySQL :
MySQL est un système de gestion de bases de données relationnelles (SGBDR). Il est
distribué sous une double licence GPL et propriétaire. Il fait partie des logiciels de gestion
de base de données les plus utilisés au monde.
MySQL fonctionne sur de nombreux systèmes d'exploitation différents, Linux, Windows.
Les
bases
de
données
sont
accessibles
en
utilisant
les langages
de
programmation C, C++, PHP, Python, ; une API spécifique est disponible pour chacun
d'entre eux. Une interface ODBC appelée MyODBC est aussi disponible.
35
4. Apache :
Le logiciel libre Apache HTTP Server (Apache) est un serveur HTTP créé et
maintenu au sein de la fondation Apache.
Apache fonctionne principalement sur les systèmes d'exploitation UNIX (Linux, Mac OS
X, Solaris, BSD et UNIX) et Windows.
Apache est conçu pour prendre en charge de nombreux modules lui donnant des
fonctionnalités supplémentaires : interprétation du langage Perl, PHP, Python et Ruby,
serveur proxy, réécriture d'URL, etc.
III- Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons présenté les outils matériels et logiciels que nous avons
exploités pour la réalisation de notre mission.
36
Chapitre IV :
Conception et réalisation du projet
Le but de chapitre est d’introduire les outils matériels et
logiciels que nous avons utilisé pour la réalisation du
projet.
37
I-
Prise en main du lecteur PARALLAX :
Pour lier notre carte arduinoMega 2560 avec le lecteur parallax on a besoin de liée :
VCC avec +5V
Enable avec port 22
Sout avec RX
GND avec GND
Figure 17 : Interfaçage du lecteur avec la carte Arduino
Cette opération nous a permis de mieux comprendre le fonctionnement du lecteur RFID.
Figure 18 : Lecture des tags avec Arduino
38
II-
Prise en main du lecteur UHFRFID Integrated Reader :
1. Interfaçage du lecteur avec pc :
Pour se familiariser avec ce lecteur on a essayé de lire les tags directement via le port USB
du pc en reliant l’interface RS232 du lecteur avec le pc via un câble RS232-USB.
Après avoir executer le code qui permet de lire les tags ainsi de récupérer la date et l’heure
lorsqu’il est détecté on obtient la figure suivante :
Figure 19 : Lecture des tags avec terminal de linux
la Mise en place de la base de données :
On a créé une base de données appelée « rfid » et on a créé deux tableaux :
Etudiant qui contient l’ensemble des étudiants de l’école identifiés par leurs
tags, noms, prénoms et classes.
Present qui contient les étudiants que leurs tags sont détectés identifiés aussi
par leurs tags, noms, prénoms et classes en plus du jour, mois, année, heure,
minute et seconde de détection du tag.
Une fois le tag est détecté une requête permet de chercher dans le tableau etudiant les données
concernant ce tag et les enregistre dans le tableau present.
Figure 20 : Tableau étudiant de la base donnée rfid
Figure 21 : Tableau présent de la base donnée rfid
39
la Mise en place de site web :
Le professeur peut voir la liste des présents en ouvrant une page web où il y a un
champ où il doit saisir le nom de la classe qu’il désire et clique sur le bouton afficher. Un
tableau contenant les informations de tableau présent s’affiche dans la page.
Figure 22 : Page web
Si le prof saisit ‘gseii2’ il va avoir :
Figure 23 : liste des présents de la classe gseii2
2. Interfaçage du lecteur avec foxg20 :
Portage de linux :
Linux Embarqué :
Linux embarqué désigne un système d'exploitation basé sur Linux et adapté à un
système embarqué.
Il existe de nombreuses versions de Linux embarqués adaptés à différents types de
matériels (téléphones portables, set-top boxes, boitiers ADSL, lecteurs multimédia, etc).
Contrairement aux versions de Linux destinées aux ordinateurs personnels et aux serveurs, les
différents systèmes Linux embarqués sont conçus pour des systèmes aux ressources limitées.
Les systèmes embarqués sous Linux disposent généralement de peu de RAM et
utilisent fréquemment de la mémoire flash plutôt qu'un disque dur. Comme ils sont souvent
dédiés à un nombre de tâches réduites sur une cible matérielle bien définie, ils utilisent plutôt
des versions du noyau Linux optimisées pour des contextes précis.
40
Les distributions Linux destinées à l'embarqué disposent souvent d'un noyau temps réel.
Préparation de la carte SD
La société ACME propose de répartir la carte SD en 4 partitions :
Type
formatage
FAT16
EXT4
EXT4
SWAP
de Nom
Taille
Description
Kernel
32 MB
Rootfs
Data
Swap
900 MB
Le reste
320 MB
Image du noyau de Linux compressée
avec les fichiers de bootloader
Les fichiers systèmes de Linux
Les données de l‟utilisateur
Disponible pour la mémoire SWAP
Table 2 : Partitionnement de la carte SD
Figure 24: Partitionnement de la carte SD
Connexion de la carte Foxg20 avec un ordinateur:
Comme nous le comprenons, il est indispensable d'avoir un système hôte afin de piloter le
lecteur RFID. La connexion par interface USB est assez rapide et simple de branchement, il
suffit de configurer le port série de la manière suivante : 115200 bits par seconde, 8 bits de
données, sans parité mais avec un bit de stop.
On insère la SD card ou nous avons préalablement installé notre OS dans la foxg20, et on
vérifie si le système est fonctionnel en utilisant le terminal d’émulation Picocom.
On lance Picocom et on n’alimente notre carte que lorsque le terminal d’émulation nous
signale qu’il est prêt (Terminal ready).
41
Figure 25: Interface du terminal d’émulation Picocom
On alimente ensuite la carte, et si tout se passe bien, le système nous donne la main pour
entrer le login et le password du système afin de pouvoir y accéder.
Lecture des tags depuis foxg20 :
Maintenant on relie le lecteur avec le port USB de la carte pour lire les tags.
Après qu’on a accédé au système de la carte foxg20, on exécute le code qui permet la
lecture des tags via le port ttyUSB0. La figure suivante illustre le résultat obtenu.
Figure 26: lecture des tags via foxg20
I-
Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons proposé une solution qui permet la gestion de présence des
étudiants et la supervision des présents à travers un site web. Ceci nous a mené, à développer
un système basé sur la technologie RFID répondant pertinemment à cette problématique.
42
Conclusion Générale
Ce projet de fin d’année effectué au sein du laboratoire des systèmes embarqués de
l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Fès nous a permis de mettre en pratique nos
connaissances et les compétences acquises au cours de nos études à différents travaux
pratiques. De plus, celui-ci nous a amenés à confirmer nos acquis et à les augmenter dans des
domaines qui ne nous étaient pas particulièrement familiers.
La technologie RFID nous était totalement inconnue avant d’entamer notre projet.
Nous avons pu découvrir un principe de fonctionnement ainsi qu’une architecture qui nous
semble extrêmement utiles et prometteurs pour l’avenir.
Ainsi notre solution qui consiste à la mise en place de badgeuses à l’entrée des
bibliothèques ou dans les salles de cours. S’avère être très utile en terme de gestion de temps
et l’exécution des tâches temps réel.
Cependant n’oublions pas les nombreux problèmes que pose l’emploi d’une telle
technologie, notamment au niveau éthique. Ainsi dans certains états des Etats-Unis, on
constate de nombreuses dérives dans l’utilisation des puces RFID.
En effet des puces sous cutanées auraient été implantées sur des enfants en bas âge,
afin de connaître leur position exacte, en cas d’enlèvement ou de fugue par exemple.
De plus le système d’archivage qui est au cœur des architectures à base de puces RFID pose
un problème éthique de conservation de données personnelles.
Il faut donc rester prudent, quant à l’utilisation de cette technologie et maîtriser son
développement et son expansion. De plus, une prise de conscience des dérives de cette
technologie est une étape préliminaire à toute discussion, qui doit impérativement voir se
concerter industriels, pouvoirs publics et défenseurs des libertés individuelles afin que cette
technologie puisse apporter à tous les bénéfices entrevus.
En fin,Ce projet reste toujours sujet d’amélioration. Ce qui ouvre la voie à de
nombreuses perspectives de recherche.
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Références
http://www.centrenational-rfid.com/
http://www.culturemobile.net/quotidien-intelligent/applications-et-perspectives-rfid
http://www.yoannsculo.fr/la-nouvelle-carte-fox-g20/
http://www.acmesystems.it/FOXG20
http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE2007/mmadegar_rfid/communication_introduction.html
http://mtodorovic.developpez.com/linux/programmation-avancee/?page=page_6
http://fr.wikipedia.org/wiki/MySQL
http://fr.wikipedia.org/wiki/Radio-identification
http://fr.wikipedia.org/wiki/PHP
http://fr.wikipedia.org/wiki/Client-serveur
http://www.acmesystems.it/mysqlclient
http://www.silanus.fr/sin/formationSIN/42/sin42-foxboardG20.pdf
https://openclassrooms.com/courses/utiliser-l-api-mysql-dans-vos-programmes
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