Информация, являясь достаточно сложной научной категорией, имеет множество классификаций и определений, что подтверждает факт отсутствия единой концепции понимания [3, с. 62]. Базовой классификацией является концепция деления информации на аналоговую и цифровую. Также ее делят на акустическую, визуальную, сенсорную. Для людей различают вкусовую, осязательную, обонятельную. К свойствам информации относят актуальность, достоверность, своевременность, полноту [4, 5].

Анализируя природу информации стоит отметить ее неразрывную связь с так называемым носителем, без которого она не может существовать физически [6, с. 4]. Популярная в современной теории связи идея разграничения носителя информации и самой информации не согласуется с законами физики [7, с. 49]. Информация с точки зрения физики представляет собой ту или иную физическую характеристику определенного сигнала (физического явления или процесса). Информация, записанная на определенном носителе информации, не может быть активирована (прочитана) без прохождения электрического сигнала [8, 9]. В самом же запоминающем устройстве, например, жестком диске, информация на атомарном уровне представляет собой определенную последовательность расположения атомов, которые в саму силу своего геометрического расположения в пространстве, определяют характеристики сигнала, записывая на него информацию [10, с. 99].

Таким образом носитель информации (физический сигнал, либо запоминающее устройство) и является информацией [11, с. 15]. Причем любой физический сигнал можно рассматривать как информационный, даже если никто не модулировал его, записывая на него информацию. Информация всегда воплощается в то или иное физическое явление или процесс, поскольку во-первых, сама им является, во-вторых, согласно закону сохранения энергии и вещества, воздействует на среду, в которой существует [12, 13].

Вообще идея трактовки информации как нематериальной является скорее вредной для науки, чем конструктивной. Согласно законам физики все в нашей вселенной носит материальный характер. Даже все виды полей признаются физиками как разновидность материи, хотя их не видно и не слышно. Об их существовании мы знаем только за счет наличия воздействия с их стороны на окружающую среду [14, с. 17].

Приписывание информации некоего высшего смысла, целенаправленности со стороны человека тоже неактуально, поскольку человек такая же часть вселенной, как и прочие объекты и воздействует на окружающую среду в строгом соответствии с законами физики. Смысла и осознанности (разумности, интеллектуальности) в действиях человека не больше, чем в неразумных явлениях природы, вроде термоядерных реакций [15, с. 41].

Возвращаясь к теме статьи, основываясь на вышеизложенных выводах, стоит отметить, что рассматривая информацию как физическое явление, необходимо выделять такую ее разновидность как цифровую в качестве ключевой. Любая информация, даже аналоговая, сводится к ограниченной совокупности (множеству) нулей и единиц. Аналоговая информация не может нести в себе бесконечно большой объем данных, поскольку любое действие, явление, процесс, согласно законам физики обладает определенной скоростью изменения. Ни атом, ни свет, ничто не распространяется с бесконечной скоростью и не изменяется бесконечно быстро. Таким образом, аналоговая информация является частным случаем цифровой информации, квантование данных в которой происходит не на заданных разработчиком аппаратуры условиях, а определяется законами физики [16, с. 74].

Ноль и единица представляя собой сигнал определенной природы (как правило электрической) и различаясь друг от друга по определенной физической характеристике данного сигнала (в цифровой технике по напряжению) не несут в себе больше никаких характеристик. Невозможно отличить единицу, несущую акустическую информацию от единицы, несущую визуальную информацию. Отличие возможно лишь на уровне их совокупности (пакета данных) и то лишь в качестве интерпретации человеком, а не на физическом уровне [17, с. 15].

Таким образом, идентификация по сканированию сетчатки глаза или отпечатку пальцев ничем не отличается от обычного многоразрядного кода с вероятностью случайного взлома (при последовательном переборе комбинаций) равной отношению единицы и количества возможных комбинаций данного кода, определяемого количеством разрядов данного бинарного кода. Если учесть специфику функционирования цифровой техники, то взламывать подобные системы нужно не напрямую (создавая множество всех теоретически возможных искусственных физических моделей сетчаток глаза или пальцев человека, неотличимых от натуральных), а передавая данные сразу в цифровой модуль обработки данных, стоящего после преобразователя данных от сенсора в цифровой вид. Хотя и прямой вариант вполне приемлем, но лишь при условии наличия оригинального снимка сетчатки или отпечатка пальца лица, доступ к данным которого вы хотите получить.

Как можно понять взлом подобных систем не представляет собой нечто невыполнимое, а определяется законами физики и математики, определяющими данные процессы.

Развитие технологий позволило уместить на одной небольшой плате несколько системных устройств, устройство получило название микроконтроллер. Одним из таких монокристаллических микрокомпьютеров является Arduino, которое состоит из микроконтроллера, установленного на печатной плате и минимально необходимых компонентов для работы. Для создания нового электронного устройства понадобится плата Arduino, кабель связи и компьютер. Для программного обеспечения в виде управляющей программы базовые знания варианта языка С/С++ для микроконтроллеров, поскольку добавлены компоненты, разрешающие писать программы без знания аппаратной части [1 Стр.18-19].

Обмен данными через bluetooth

Фактически модуль Bluetooth — это модем, поскольку он преобразует сигнал из одной среды в другую. Передаваемый электроимпульсами по проводникам последовательный TTL-сигнал преобразуется в радиосигнал в Bluetooth приёмопередающем устройстве и наоборот, из радиосигнала преобразует в электроимпульсный сигнал. Функция модема — устанавливать соединение с другими модемами для обмена информацией и разъединения канала связи. Для выполнения функций соединения в модемы заложено два рабочих режима:

командный – обмен информацией при данном режиме происходит с самим модемом;

режим данных – обмен информацией происходит через сам модем.

Модемы Bluetooth по своему принципу работы аналогичны любым другим типам модемов и в них заложен набор команд протокола Hayes АТ, аналогичный для телефонных модемов. Команды данного протокола прописываются в символах ASCII. Модемы на протоколе Hayes АТ работают в режиме данных и командном, переключение режимов осуществляется строкой +++ [2].

Микроконтроллеры и управление приложением

Микроконтроллер — микросхема с несколькими контактами «вход» и «выход». Управление через микросхему осуществляется по простейшему принципу и имеет три основных этапа:

1) к входам подключаются различные датчики, фиксирующие движение, звук, уровень освещения и т. д.

2) к выходам подключаются устройства управления, такие как системы освещения, динамики, электроприводы и т. д.

3) пишется программа управления микроконтроллером и приложением.

Управляющая программа:

#include <SPI.h>

#include <SD.h>

const
int chipSelect = 4;

void
setup()

{

/* Open serial communications and wait for port to open: */

Serial.begin(9600);

while (!Serial) {} /* wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only */

Serial.print(“Initializing SD card…”);

/* see if the card is present and can be initialized: */

if (!SD.begin(chipSelect)) {

Serial.println(“Card failed, or not present”);

// don’t do anything more:

return;

}

Serial.println(“card initialized.”);

}

void
loop()

{

// make a string for assembling the data to log:

String dataString = “”;

// read three sensors and append to the string:

for (int analogPin = 0; analogPin < 3; analogPin++) {

int sensor = analogRead(analogPin);

dataString += String(sensor);

if (analogPin < 2) {

dataString += “,”;

}

}

Arduino

Arduino — открытая платформа, состоящая из платы микроконтроллера и программного обеспечения (ПО) – IDE (Integrated Development Environment). ПО для платы пишется в приложениях на компьютере и через канал соединения с платой загружается на устройство.

Основа программы под Arduino состоит из двух команд: setup() и loop(). Перед командой setup() пишутся переменные, задействуются библиотеки. Команда setup() выполняется только один раз после каждого подключения или сброса платы под управлением Arduino. Данная команда запускает переменные и работу портов входа и выхода платы. Данная команда обязательна для управляющей программы. Команда loop() предназначена для циклического выполнения команд, которые прописываются в её теле. Пример реализации данных команд в программе:

setup()

{

Serial.begin(9600);

}

loop ()

{

Serial.println(millis());

delay(1000);

}

[1стр.47].

Набор кодов, сгруппированный в блок и имеющий имя, прописанное на данном коде, называется функцией. Выполнение набора кодов осуществляется при вызове функции. Для снижения ошибок в программе и выполнения повторяющихся команд прописываются различные функции. При написании функции в начале обозначается её предназначение. К примеру, значение, которое возвращается функцией – целое число (int). У функций, которые не возвращают значение, имеют тип – пусто (void). За функцией пишется её имя и в скобках параметры передаваемые функцией. К примеру:

type functionName (parameters)

{

statements;

}

К цельному типу относится функция задержки или паузы delay(Val).

Скобки {} ставятся в начале и в конце функций. К примеру:

type function()

{

statements;

}

Количество открывающих скобок должно быть равным количеству закрывающих, иначе будут критические ошибки в программе. В Arduino есть удобная функция проверки парности скобок. Осуществляется проверка двумя способами: при выделении любой одной скобки парная скобка высвечивается, выделение точки за скобкой также подсвечивает пару скобок [3].

Обмен данными микроконтроллера с компьютером происходит через проводной интерфейс или по радиосигналу, обмен информацией осуществляется через библиотеку. В Arduino установлены стандартные библиотеки, но иногда их функции не рассчитаны на работу управляемым через микроконтроллер оборудованием. При необходимости устанавливаются дополнительные библиотеки. В папке “Libraries” установлены стандартные библиотеки, дополнительные библиотеки устанавливаются в папку libraries.

Arduino и iOS-приложение

Для того чтобы интегрировать Arduino с Apple (iPad или iPhone) понадобится приложение Arduino Code и среда разработки Blynk[4]. Arduino Code устанавливается на iPad или iPhone через данное приложение осуществляется интеграция устройств iOS и Arduino. Для написания управляющей программы платы Arduino будет использоваться Blynk. Помимо облачной среды для работы, у Blynk есть возможностью загрузки приложений на компьютер. Поскольку в Blynk для разработки имеются версии для iOS помимо Android, данное приложение было выбрано для интеграции с Apple. Немаловажно, что Blynk может связываться с устройствами по Bluetooth.

На первом этапе соединяем программируемую плату со смартфоном, через поддерживаемые интерфейсы: SeeedStudio Ethernet Shield V2.0 (W5200), Official Ethernet Shield (W5100), RN-XV WiFly, ESP8266, Official Arduino WiFi Shield, ESP8266 (WiFi modem), Adafruit CC3000 WiFi, ENC28J60 и USB (Serial). Интеграция Arduino с компьютерами Macintosh (Apple) осуществляется через меню Tools. Далее в меню выбирается строка Serial Port, далее подключение осуществляется через порт, у которого название начинается с /dev/cu.usbserial. На втором этапе в приложении добавляем виджеты (программы), настройку адресов выводов и при необходимости прописываем код. Для разработки виджета применяется drag’n'drop. В Blynk создаются программы к платам Arduino: Due, Mini, Uno и для других плат Arduino. Программа Arduino Code устанавливается на компьютер и для написания команд понадобится автодополнение (code complete). Приложение можно скачать из App Store’а. При загрузке программы на плату Arduino необходимо отключить Bluetooth модуль, поскольку связь с микроконтроллером осуществляется через один и тот же порт. В качестве источника питания для микроконтроллера будет использоваться блок питания на 9 Вольт. Также в приложении Arduino Manager есть возможность установить готовый widget. Для управления устройством замка подойдёт widget Rotary Switch. Этот widget по своей сути поворотный переключатель (как и следует из названия). Имеет два положения off/on. Простой и удобный widget для управления устройством, у которого только два режима закрыто/открыто.

Создаём электронный замок из серии “умный дом”

Для соединения платы Arduino будет использоваться плата Bluetooth HM-10. Данный модуль работает в режимах Master и Slave. Совместим с более старыми версиями под Arduino, такими как: HC-05;-06;-07. Для того чтобы устройства Apple могли обнаруживать Bluetooth сигнал от платы необходимо установить программу — LightBlue.

К плате под управлением Arduino подключаем привод, который будет управлять ригелем замка или электромагнитную задвижку, которая и будет выполнять функцию запирания двери. В данном случае программа управления будет негромоздкой и выглядеть следующим образом:

#include <Servo.h>

Servo myservo;

int pos = 0;

void
setup() {

myservo.attach(10); /* Назначаем 10 пин на управление приводом */

}

void
loop() {

for(pos = 0; pos < 90; pos += 1)/* движение от 0° до 90° */

{

myservo.write(pos);

delay(25); /* Указываем время с задержкой (25 мс) для перехода в другое положение */

}

for(pos = 90; pos > 0; pos -= 1) /* Движение от 90° до 0° */

{

myservo.write(pos);

delay(25); /* задержка 25мс для достижения обратного положения */

}

}

Связь будет осуществляться через приложение Arduino Manager, которое напрямую управляет контроллером через операционную систему iOS. При необходимости меняем настройку скорости подключения платы Bluetooth HM-10.

// Connect HM10

// Pin 7/TXD

// Pin 8/RXD

#if defined(ARDUINO_AVR_UNO)

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial mySerial(7, 8); // TX, RX

#endif

#if defined(ARDUINO_AVR_MEGA2560)

#define mySerial Serial3

#endif

#define DEVICE_SPEED 9600

#define CONSOLE_SPEED 9600

void
setup() {

Serial.begin(CONSOLE_SPEED);

pinMode(7, OUTPUT);

pinMode(8, INPUT);

mySerial.begin(DEVICE_SPEED);

Serial.println(“Ready”);

}

void
loop() {

char c;

if (Serial.available()) {

c = Serial.read();

mySerial.print(c);

}

if (mySerial.available()) {

c = mySerial.read();

Serial.print(c);

}

}

Выводы

Для создания подобного запорного механизма, несомненно, понадобится плата Arduino, сервоприводы и написание управляющей программы и других компонентов в зависимости от поставленной задачи. Управление устройством будет осуществляться на iPad или iPhone по Bluetooth через приложение Arduino Manager. Данное приложение загружается с App Store и предназначено для управления множеством устройств. Имеет лёгкую настройку управления и датчик обратной связи. Генератор кода позволяет создавать коммуникационную инфраструктуру связи между платой Arduino и устройством iOS и генерировать код для каждого выбранного устройства. Также есть возможность воспользоваться готовым widget-ом, для управления устройством.

Arduino даёт возможность экспериментировать и применять данный микроконтроллер для различных устройств. Приложение Arduino Manager управлять этими устройствами с iPad или iPhone.