Курсовой проект состоит из 39 страниц, содержит 13 таблиц и 18 рисунков. Использовано 7 источников.
Ключевые слова: КОДОВЫЙ ЗАМОК, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, КЛАВИАТУРА, ДАТЧИК, СВЕТОДИОД, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, ПРОГРАММА.
Цель: спроектировать кодовый замок на основе микроконтроллера с архитектурой MCS-51, разработать функциональную схему устройства, написать программу для микроконтроллера.
Результат проектирования: был спроектирован кодовый замок, обладающий возможностью звуковой сигнализации о попытке подбора кода.
ВВЕДЕНИЕ
Кодовые замки являются эффективным средством предотвращения доступа посторонних лиц к охраняемым помещениям. К их достоинствам можно отнести простоту в обращении, надёжность, возможность обеспечить высокую степень защиты, относительную лёгкость смены кода (по сравнению со сменой обычного механического замка). Также немаловажными являются отсутствие необходимости изготовления ключей при предоставлении доступа большому количеству людей и невозможность физической потери ключа. Недостатком таких систем можно назвать возможность для злоумышленника подсмотреть код или подобрать его. Однако, при большой разрядности кода или наличии конструктивных особенностей, препятствующих подбору кода, таких как ограничение количества попыток или введение временной задержки между неудачными попытками, эта задача сильно затрудняется, поэтому последний недостаток нельзя назвать существенным. В данном курсовом проекте осуществляется разработка электронного кодового замка для наружной двери жилого дома с использованием микроконтроллера. Одним из требований является осуществление сигнализации при попытке подбора кода.
1. Разработка структурной схемы
Рассмотрим специфику данной задачи. Кодовый замок должен обеспечивать управление исполнительным устройством электромеханического замка, то есть должен управлять подачей напряжения, обеспечивающего отпирание двери. Предполагается, что замок открывается наличием напряжения на исполнительном устройстве и закрывается его отсутствием. Поэтому в системе должен присутствовать датчик открытия двери, чтобы можно было определить, когда дверь открыта, и подача питания уже не требуется.
Когда пользователь вводит верный код, он должен быть извещён о том, что замок открыт, и дверь можно открывать, то есть должна присутствовать индикация факта открытия замка.
При последовательных попытках подбора кода замка жителям дома будет полезно узнать об этом, будь то злоумышленник, пытающийся проникнуть в помещение или жилец, который забыл или не в состоянии набрать верный код. Таким образом, система должна сигнализировать о попытке подбора кода после определённого числа неудачных попыток.
Кодовый замок представляет собой систему, отказ или сбои в работе которой могут привести к возникновению серьёзных трудностей и неудобств у владельца охраняемого помещения, поэтому система должна быть надёжной и обеспечивать стабильную работу.
Учитывая то, что замок устанавливается на наружной двери дома, он должен быть способен функционировать в широком диапазоне температур.
Исходя из требований, предъявленных к устройству выше, электронный кодовый замок должен включать в себя следующие элементы:
Микроконтроллер;
Клавиатура;
Исполнительный элемент электромеханического замка;
Устройство сигнализации об открытии двери;
Устройство сигнализации о попытке подбора кода;
Датчик открытия двери.
Взаимодействие элементов изображено на структурной схеме устройства (Рисунок 1.1).
2.1 Выбор исполнительного элемента электромеханического замка
В настоящее время на рынке представлено большое количество различных электрозамков. Электрозамки управляются дистанционно, путем подачи напряжения, и могут быть использованы совместно с аудио- и видеодомофонами любых типов, кодовыми панелями, считывателями магнитных карт и электронных ключей и т.п. Электрозамки могут применяться для построения "шлюзовых" систем из двух и более дверей, а также в любых других случаях, когда необходимо дистанционно открывать дверь.
Различают два основных класса электрозамков: электромагнитные и электромеханические. Электромагнитные замки - это электромагнит в чистом виде: при подаче на него напряжения ответная механическая планка притягивается. Если нет напряжения, то нет и удержания.
За счет отсутствия механически перемещающихся деталей и простоты конструкции электромагнитные замки имеют самую высокую надежность. Усилие отрыва для электромагнитных замков исчисляется несколькими сотнями килограмм.
К недостаткам электромагнитных замков можно отнести то, что они открываются при отсутствии напряжения.
Часто электромагнитные замки используются в составе многоквартирных аудиодомофонных систем. В этом случае, он открывается кодом с вызывной панели или с трубки из квартиры, либо просто кнопкой внутри подъезда перед выходом.
В отличие от электромагнитных, электомеханические замки работают не непрерывно, а в импульсном режиме, то есть напряжение на замок подается кратковременно при его открытии, а все остальное время замок обесточен. При отсутствии напряжения открыть электромеханические замки изнутри можно расположенной на них механической кнопкой, а снаружи - ключом, который входит в комплект поставки. Конструктивно электромеханические замки бывают накладные и врезные.
Для питания электромеханических замков не обязательно использовать стабилизированное напряжение, но необходимо обратить внимание, чтобы источник питания был рассчитан на достаточно большие токи, необходимые для открытия электромеханических замков.
Для запирания двери жилого дома наиболее целесообразно использовать электромеханический замок, предназначенный для наружных дверей помещений. Рассмотрим электромеханический замок “ПОЛИС-13” отечественной фирмы “Оника”. Внешний вид замка показан на рисунке 2.1.1, его технические характеристики – в таблице 2.1.1.
Для извещения пользователя о том, что дверь открыта, будет использоваться световая сигнализация. Для этого подойдёт светодиод зелёного цвета АЛ336И. Его технические характеристики представлены в таблице 2.3.1 .
Таблица 2.3.1 – Характеристики светодиода АЛ336И
При попытке подбора кода замка для уведомления об этом жильцов дома целесообразно использовать звуковой сигнал. Для этого можно использовать излучатель звука со встроенным генератором рабочей частоты. Такое устройство не требует подачи на вход высокочастотного сигнала для его работы. Достаточно просто обеспечить напряжение питания. Пьезоэлектрический излучатель звука SMA-21-P10 фирмы Sonitron обладает подходящими характеристиками (таблица 2.4.1). Внешний вид устройства показан на рисунке 2.4.1.
Таблица 2.4.1 – Характеристики излучателя звука SMA-21-P10
Рисунок 2.4.1 – Внешний вид излучателя звука SMA-21-P10
2.5 Выбор датчика открытия двери
Для определения момента открытия двери будет использоваться контактный герконовый датчик фирмы Aleph. В номенклатуре Aleph представлены герконы различного применения: накладные или врезные на деревянные и металлические двери, с различным максимальным зазором между контактами. Тип контактов у всех моделей - нормально замкнутые. Рассмотрим характеристики датчиков данной фирмы, представленные в таблицах 2.5.1, 2.5.2 и 2.5.3.
Таблица 2.5.1 - Технические характеристики датчика DC-1523
Таблица 2.5.2 - Технические характеристики датчика DC-1811
Таблица 2.5.3 - Технические характеристики датчика DC-2541
Для этой цели нам подходит датчик DC-2541 (рисунок 2.5.1). Его технические характеристики приведены в таблице 2.5.3.
Основными требованиями, предъявляемыми к микроконтроллеру в этом проекте, являются:
Наличие параллельных портов ввода-вывода в количестве, достаточном для подключения всех устройств, входящих в структурную схему системы;
Достаточно высокая надёжность и стабильность работы;
Возможность работы в расширенном температурном диапазоне.
Для выполнения поставленной задачи подходят микроконтроллеры с архитектурой MCS-51, поскольку они доступны, относительно просты, и их возможностей вполне достаточно для обеспечения функционирования данного устройства.
Первым двум требованиям удовлетворяют все производимые на данный момент микроконтроллеры с архитектурой MCS-51. Большинство моделей имеют модификации, рассчитанные на расширенный температурный диапазон. Исходя из этого, выбор производился из наиболее дешёвых изделий известных фирм, чтобы минимизировать стоимость системы. В итоге, был выбран микроконтроллер AT89S51 фирмы Atmel.
Корпорация Atmel (США), являясь на сегодняшний день одним из признанных мировых лидеров в производстве изделий современной микроэлектроники, хорошо известна на российском рынке электронных компонентов. Основанная в 1984 году, фирма Atmel определила сферы приложений для своей продукции как телекоммуникации и сети, вычислительную технику и компьютеры, встраиваемые системы контроля и управления, бытовую технику и автомобилестроение.
Atmel выпускает широкий спектр микроконтроллеров, основанных на архитектуре MCS-51. Данная линейка микроконтроллеров включает изделия в корпусах стандартных типоразмеров с поддержкой функции внутрисистемного программирования, а также, производные разновидности микроконтроллеров (ROMLESS, ROM, OTP и FLASH) в малогабаритных корпусах с 20-ю выводами. Некоторые из устройств, также, имеют поддержку высокоскоростного (х2) режима работы ядра, который, по- требованию, удваивает внутреннюю тактовую частоту для CPU и периферийных устройств.
AT89S51 – экономичный высокопроизводительный КМОП 8-разрядный микроконтроллер с 4 кБ внутрисхемно программируемой флэш-памятью. Устройство производится с использованием технологии Atmel энергонезависимой памяти большой емкости и совместимо по системе команд и расположению выводов со стандартным микроконтроллером 80C51. Встроенная флэш-память может быть запрограммирована внутрисхемно или с помощью обычного программатора энергонезависимой памяти. За счет комбинации 8-разрядного ЦПУ с внутрисхемно программируемой флэш-памятью на одном кристалле AT89S51 от Atmel является мощным микроконтроллером, обеспечивающим высокую гибкость и рентабельность решений для многих задач встроенного управления.
AT89S51 (рисунок 2.6.1) имеет следующие стандартные характеристики: 4 кБ флэш-памяти, 128 байт ОЗУ, 32 линии ввода-вывода, сторожевой таймер, два указателя данных, два 16-разрядных таймера-счетчика, 5-векторная 2-уровневая система прерываний, полнодуплексный последовательный порт, встроенный генератор и схема тактирования. Кроме того, AT89S51 разработан со статической логикой для работы на частоте вплоть до 0 Гц и поддерживает два программно настраиваемых режима снижения энергопотребления:
В режиме холостого хода (Idle) останавливается ЦПУ, но ОЗУ, таймеры-счетчики, последовательный порт и система прерываний продолжают функционировать. В экономичном режиме (Power-down) сохраняется информация в ОЗУ, но остановлен генератор, выключены все остальные функциональные блоки до внешнего запроса на прерывание или аппаратного сброса.
Отличительные особенности микроконтроллерaAT89S51:
Cовместимость с серией MCS-51;
4 кБ флэш-памяти с внутрисхемным программированием (ISP) Износостойкость: 1000 циклов записи/стирания;
Рабочий диапазон питания 4.0…5.5В;
Полностью статическое функционирование: 0 …33 МГц;
Три уровня защиты памяти программ;
Внутреннее ОЗУ размером 128 x 8;
32 программируемые линии ввода-вывода;
Два 16-разрядных таймера-счетчика;
Шесть источников прерываний;
Полнодуплексный канал последовательной связи на УАПП;
Режимы снижения потребления: холостой ход и экономичный;
Восстановление прерываний при выходе из экономичного режима;
Сторожевой таймер;
Двойной указатель данных;
Флаг выключения питания;
Быстрое время программирования;
Гибкое внутрисхемное программирование (побайтный или постраничный режимы) .
Структурная схема микроконтроллера представлена на рисунке 2.6.2.
Рисунок 2.6.1 - Внешний вид и расположение выводов AT89S51
Назначение основных выводовмикросхемы:
VCC – напряжение питания;
GND – земля;
VDD – напряжение питания, подводимое только к ядру и встроенной памяти программ;
P0,P1,P2,P3 – двунаправленные порты ввода-вывода;
EA – доступ к внешней памяти;
RxD – выход приёмника UART;
TxD – выход передатчика UART;
PSEN – переключатель разрешения внешней памяти;
ALE – разрешение защёлкивания старшей части адреса при доступе к внешней памяти
XTAL1, XTAL2 – выводы для подсоединения внешнего кварцевого резонатора;
RESET – вход сброса .
Рисунок 2.6.2 – структурная схема микроконтроллера AT89S51
Микроконтроллер выпускается в нескольких вариантах (таблица 2.6.1).
Таблица 2.6.1 – варианты исполнения микроконтроллера
Для выполнения поставленной задачи, как было сказано выше, нам нужен микроконтроллер, рассчитанный на коммерческий диапазон температур
(-40…+85°С). Тип корпуса в данном случае роли не играет, так как в корпусе кодового замка входной двери дома достаточно места для расположения любого из них.
Для питания микроконтроллера элементов необходим стабилизированный источник питания напряжением +5В. В качестве стабилизатора лучше всего использовать микросхему КР142ЕН5. Она обеспечивает достаточную стабильность выходного напряжения и осуществляет фильтрацию помех, амплитуда которых может достигать 1В. При установке ее на дополнительный радиатор максимальный ток нагрузки составляет около 2А. Помимо этого микросхема имеет защиту от короткого замыкания.
Серия КР142ЕН5 - трехвыводные стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в диапазоне от 5В до 27 В, могут найти применение в широком спектре радиоэлектронных устройств. Диапазон напряжений, перекрываемых данной серией стабилизаторов, позволяет использовать их в качестве источников питания, логических систем, измерительной техники, устройств высококачественного воспроизведения и других радиоэлектронных устройств. Несмотря на то, что основное назначение этих приборов - источники фиксированного напряжения, они могут быть использованы и как источники с регулированием напряжения и тока путем добавления в схемы их применения внешних компонентов. Внешние компоненты могут быть использованы для ускорения переходных процессов. Входной конденсатор необходим только в том случае, если регулятор находится на расстоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника питания. Внешний вид и типовая схема включения приведены на рисунках 2.7.1 и 2.7.2 соответственно. Технические характеристики представлены в таблице 2.7.1.
Основные особенности:
Встроенная защита от перегрева;
Встроенный ограничитель тока КЗ;
Коррекция зоны безопасной работы выходного транзистора;
Диапазон температур хранения -55 ... +150С;
Рабочий диапазон температур кристалла -45 ... +125С.
Рисунок 2.7.1 – Внешний вид и расположение выводов стабилизатора КР142ЕН5А
Назначение выводов стабилизатора КР142ЕН5А:
1 – вход;
2 – общий;
3 – выход.
Рисунок 2.7.2 – Типовая схема включения стабилизатора
Таблица 2.7.1 - Электрические характеристики стабилизатора КР142ЕН5А:
| Наименование | Обозначение | Условия измерения | Мин. | Тип. | Макс. | Единица измерения | |
| Выходное напряжение | Vout | Tj=25°C | 4.9 | 5.0 | 5.1 | B | |
|
5mA |
4.75 | - | 5.25 | B | |||
| Нестабильность по входному напряжению | Tj=25°C | 7B| -
|
3
|
100
|
mB
|
| |
8B| -
|
1
|
50
|
mB
|
| |||
| Нестабильность по току нагрузки | Tj=25°C | 5mA| -
|
15
|
100
|
mB
|
| |
| - | 5 | 50 | mB | ||||
| Ток покоя | Iq | Tj=25°C,Iout=0 | - | 4.2 | 8.0 | mA | |
| Нестабильность тока покоя | Iq | 7B| -
|
-
|
1.3
|
mA
|
| |
5mA| -
|
-
|
0.5
|
mA
|
| |||
| Выходное напряжение шума | Vn | Ta=25°C, 10Гц| -
|
40
|
-
|
mkB
|
| |
| Коэффициент подавления пульсации | Rrej | f=120Гц | 62 | 78 | - | дБ | |
| Падение напряжения | Vdrop | Iout=1.0A, Tj=25°C | - | 2.0 | - | B | |
| Выходное сопротивление | Rout | f=1 кГц | - | 17 | - | мОм | |
| Ток КЗ | Ios | Tj=25°C | - | 750 | - | mA | |
| Максимальный выходной ток | Io peak | Tj=25°C | - | 2.2 | - | A | |
| Температурная нестабильность выходного напряжения | Iout=5mA, 0°C| -
|
1.1
|
-
|
мВ/°C
|
| ||
3. Построение принципиальной электрической схемы
В данном устройстве используется динамический опрос клавиатуры, так как выбранная двенадцатикнопочная клавиатура имеет всего семь выводов и подключить каждую кнопку к отдельному выводу порта микроконтроллера не представляется возможным, хотя микроконтроллер и имеет достаточное количество свободных портов. Кроме того, такой способ включения упрощает схему и уменьшает число портов, занятых клавиатурой (рисунок 3.1.1).
Рисунок 3.1.1 - Схема сопряжения МК и клавиатуры
Для работы с клавиатурой используются 7 выводов порта P0. Все четыре ряда кнопок опрашиваются по очереди. Для опроса первого ряда на выводах P0.1-P0.3 программно устанавливаются единицы, а на выводе P0.0 – ноль. Теперь если нажать любую кнопку первого ряда, вывод P0.0 замкнётся с выводом P0.4, P0.5 или P0.6, и на нём установится ноль. Если ни одна кнопка не нажата, на выводах P0.4, P0.5 и P0.6 будет единица за счёт подтягивающих резисторов R6-R8, которые создают на выводах высокий потенциал. Резисторы возьмём равными 4,7КОм. Аналогично опрашиваются оставшиеся три ряда кнопок на клавиатуре. При нажатии на кнопку имеет место явление дребезга контактов, однако эту проблему можно решить программно. Для этого при нажатии кнопки вводится задержка, по длительности равная переходному процессу в цепи, что позволяет избежать ложных срабатываний кнопок. Величина задержки подбирается экспериментально для каждого типа оборудования. Для примера будем используется задержка длительностью 5 мс. У такого способа есть недостаток – он замедляет работу программы, однако в данном случае это не имеет значения, так как для выполнения поставленной задачи не требуется большое быстродействие. За те 5 мс, которые программа ждёт, пользователь просто не успеет нажать на другую кнопку.
Для коммутации цепи питания привода электромеханического замка используются NPN-транзистор Q1 и оптопара OC1 (рисунок 3.2.1). Таким образом обеспечивается замыкание цепи с большими токами и напряжениями и гальваническая развязка цепей микроконтроллера и привода замка. Здесь используется широко распространённый транзистор отечественного производства КТ815А, характеристики которого (таблица 3.2.1) удовлетворяют требуемым (напряжение 12В и ток 0,5А) с некоторым запасом.
Таблица 3.2.1 – Параметры транзисторов серии КТ815
| Наимен. | тип | U кб,В | U кэ, В | I к max(и), мА | P к max(т), Вт | h 21э | I кбо, мкА | f гр. , МГц | U кэн, В |
| КТ815А | n-p-n | 40 | 30 | 1500(3000) | 1(10) | 40-275 | 50 | 3 | <0.6 |
| КТ815Б | 50 | 45 | 1500(3000) | 1(10) | 40-275 | 50 | 3 | <0.6 | |
| КТ815В | 70 | 65 | 1500(3000) | 1(10) | 40-275 | 50 | 3 | <0.6 | |
| КТ815Г | 100 | 85 | 1500(3000) | 1(10) | 30-275 | 50 | 3 | <0.6 |
Оптопара подключается к порту P0.0 микроконтроллера через резистор R2, ограничивающий ток. Входное напряжение оптопары 1,3В при токе 25 мА, значит, падение напряжения на резисторе должно быть (5-1,3)В=3,7 В. Тогда номинал сопротивления будет 3,7В/0,025А=148 Ом. Ближайшее значение ряда номинальных сопротивлений 150 Ом. Выходной каскад оптопары открывается низким уровнем на выводе микросхемы и закрывается высоким. Когда он открыт, напряжение подаётся на базу транзистора Q1 и он открывается, замыкая цепь привода замка. Рассчитаем сопротивление резистора R3. Для этого воспользуемся законом Ома . Через цепь коллектор-эмиттер протекает ток 0,5А. Коэффициент передачи транзистора по току равен 40, значит ток база-эмиттер будет равен 0,5А/40=0,0125А. На базу подаётся 5В, а на базовом переходе транзистора падает 1,2В, поэтому сопротивление резистора будет равно (5-1,2)В/0,0125А=304 Ом. Возьмём резистор на 300Ом. Для того чтобы транзистор самопроизвольно не открываться обратным током коллектора, ставится шунтирующий резистор R10. Пусть через него протекает ток, в три раза меньший, чем ток базы транзистора. Падение напряжения на базовом переходе 1,2В. Тогда сопротивление R10 будет равно 1,2В/(0,0125А/3)=288 Ом. Используем резистор 270 Ом. Так как привод замка основан на индуктивности, то по закону электромагнитной индукции при коммутации в ней возникают обратные токи. Диод D2 шунтирует индуктивность в обратном направлении и препятствует появлению обратных токов в цепи. По своим характеристикам нам подходит диод КД208А. Его максимальное обратное напряжение 100 В, прямой ток 1 А.
Рисунок 3.2.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и исполнительного элемент а электромеханического замка
Зелёный светодиод D3 подключается к порту P2.2 микроконтроллера через ограничивающий резистор R4 (рисунок 3.3.1). Диод включается высоким уровнем сигнала на выводе. Максимальное прямое напряжение на диоде 2,8В при токе 10мА. Как раз такой ток способен обеспечить один вывод порта этого микроконтроллера. Сопротивление резистора будет равно (5-2,8)В/0,01=220Ом
Рисунок 3.3.1 - Схема сопряжения МК и светодиода
3.4 Сопряжение микроконтроллера и устройства звуковой сигнализации
Пьезоэлектрический излучатель звука LS1 подключается к выводу P2.1 микроконтроллера через резистор R5, ограничивающий ток, и включается при появлении сигнала высокого уровня на выводе микросхемы. Напряжение питания динамика 1,5-24В, возьмём 3В. Максимальный ток 3,8мА. Сопротивление резистора будет равно (5-3)В/0,0038А=526,32Ом. Используем резистор 530Ом.
Рисунок 3.4.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и динамика
3.5 Сопряжение микроконтроллера и датчика открытия двери
Датчик подключается к выводу порта P0.7 через резистор R9, который подтягивает напряжение на выводе до единицы, когда контакты датчика разомкнуты (рисунок 3.5.1). При замыкании контактов напряжение +5В замыкается на землю, и на выводе порта появляется ноль. Длина провода от резистора к датчику много больше длины провода к микроконтроллеру, поэтому подтягивающий резистор R9 возьмём номиналом 1КОм, а для борьбы с помехами используем конденсатор С6 на 100пФ.
Рисунок 3.5.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и датчика открытия двери
3.6 Подключение микроконтроллера к цепям, обеспечивающим его работу
Подключение микроконтроллера к цепям питания, сброса, внешнему кварцевому резонатору и выводу блокировки работы с внутренней памятью (рисунок 3.6.1) является стандартным, рекомендованным производителем .
Рисунок 3.6.1 - Схема подключения микроконтроллера
1. Описания электронных компонентов в каталоге товаров оптовой базы комплектации электронных компонентов и приборов “ПЛАТАН”:
anlp2,#1h ;выключение светодиода и динамика
movie,#82h ;разрешаем прерывания от таймера
movtmod,#1h ;задаём режим таймера – 16 бит
movdoor_code,#30h ;задание адреса для вводимых цифр кода
movattempts,#3h ;количество попыток
sjmpent1 ;переход к началу главного цикла
enter_digit: ;обработка введённого значения
mov @door_code,a ;запоминаем цифру
incdoor_code ;переходим к след. адресу
cjnea,#36h,ent1 ;проверяем,все ли цифры введены (из 6)
ajmpcompare ;переход к сравнению кодов
ent0: ;ввод 0
ajmp enter_digit
ent9: ;ввод 9
ajmp enter_digit
ent1: ;ввод 1
movp0,#0feh ;устанавливаем 0 на выходе P0.0
jbp0.4,ent2 ;если не нажата кнопка, к след. кнопке
calldelay2 ;ждём, пока пройдёт дребезг контактов
mova,#1h ;запоминаем введённую цифру
jnbp0.4,wait1 ; ждём, пока отпустят кнопку
ajmpenter_digit ;переход к обраб. введённого значения
ent2: ;ввод 2
ajmp enter_digit
ent3: ;ввод 3
ajmp enter_digit
ent4: ;ввод 4
ajmp enter_digit
ent5: ;ввод 5
ajmp enter_digit
ent6: ;ввод 6
ajmp enter_digit
ent7: ;ввод 7
ajmp enter_digit
ent8: ;ввод 8
ajmp enter_digit
code_wrong: ;обработка неверного кода
movdoor_code,#30h ;возвращаемся к началу массива
djnzattempts,ent1 ;если есть ещё попытки, в гл. цикл
setbp2.1 ;включение звукового сигнала
calldelay ;задержка 1 с
clrp2.1 ;выключение звукового сигнала
movattempts,#4h ;восстан. число попыток
compare: ;сравнениекодов
decdoor_code ;переходим к предыдущей цифре
cjne @door_code,#6h,code_wrong;проверяем 6-ю цифру и далее все
decdoor_code ;цифры по порядку
cjne @door_code,#5h,code_wrong
cjne @door_code,#4h,code_wrong
cjne @door_code,#3h,code_wrong
cjne @door_code,#2h,code_wrong
cjne @door_code,#1h,code_wrong
clrp2.0 ;открыть замок
setbp2.2 ;включить светодиод
movattempts,#3h ;восстан. кол-во попыток
jnbp0.7,wait_open ;ждём, пока откроется дверь
jb p0.7,wait_close ;ждём, показакроетсядверь
setbp2.0 ;закрыть замок
clrp2.2 ;выключить светодиод
ajmpent1 ;переход в гл. цикл
timer0: ;обработка прерывания от T0
delay: ;задержка 1 с
delay2: задержка 5 мс
Замок рассчитан на ввод определенного четырех-значного числа с панели. При желании число знаков можно и увеличить, но как показывает практика и четырех цифр обычно всегда достаточно.
Схема очень простая и при правильной сборке не нуждается в налаживании.
Схема кодового замка
Как видим- все чрезвычайно просто: Кнопки SB1... SB4, работающие на замыкание, служат для набора установленного кода, а кнопки SB5... SB8, работающие на размыкание, ≈ для приведения устройства в исходное состояние, например в случае ошибочного набора кода или его подбора.
Замок срабатывает только при одновременном открывании всех тиристоров VS1...VS4. Добиться этого можно последовательным нажатием кнопок SB4, SB3, SB2 и SB1. При другой последовательности нажатия этих кнопок не все тиристоры будут открыты и, следовательно, открыть дверь не удастся.
Исключение составляет случай, когда одновременно нажаты все четыре кнопки SB1... SB4. В случае нажатия на любую из кнопок SB5...SB8 цепь питания электромагнита YA1 обрывается и устройство приводится в исходное состояние. Тоже произойдет и при нажатии всех кодовых кнопок SB1...SB8. Кнопка SB9 служит для приведения замка в исходное состояние после открывания двери. Замок питается от сети переменного тока напряжением 220 В через трансформатор Т1 и двухполупериодный выпрямитель VD2. Для питания замка может быть использован любой блок питания с выходным напряжением 12≈60 В, в зависимости от типа используемого электромагнита.
Схема простого электронного кодового замка.Схема не сложная,требуется только прошить микроконтроллер PIC. Для этой схемы нужен именно PIC 12F675 (629)-не подойдет.
Сама схема очень простая и содержит минимум деталей.
Схема замка:
разместить рекламу бесплатно
Схема клавиатуры:
Принцип работы очень прост: все кнопки соединенны через цепь последовательно подключенных резисторов.И каждой кнопке приходится свое сопротивление (если кнопке №1-1к, то кнопке №2-2к и так далее). Все эти значения записываются при програмировании в микроконтроллер, после чего он реагирует только на них.
Програмируется код очень просто: нажимаем кнопку CODE и удерживаем пока не загорится светодиод, после чего вводим код на клавиатуре.Все новый код запрограмирован (кому не понятно,смотрите Видео работы внизу статьи)
Исполнительным устройством (М), может служить все что угодно, в моем случае служит маломощный электро двигатель,который будет вращать редуктор: поэтому я его подключил к тому же источнику питания что и саму схему.Если у вас будет мощное исполнительное устройство: то его следует подключать от дополнительного источника питания.
Клавиатуру я нашел только матричную,вот она на фото
Проблема заключалась в том что. подключение ее выглядит вот так:
Пришлось ее переделать, дорожки перерезал и как на схеме впаял резисторы, вот что получилось:
Один ряд кнопок я не подключал (это буквы A,B,C,D)
Только букву (D) подключил как кнопку включения питания (то есть, схема работает только если удерживать нажатой кнопку (D)) Это сводит вероятность подбора кода к нулю.
А сам кодовый замок в режиме ожидания совсем не потребляет ток.
Хочу поставить этот замок в шкафчик на работе, в который я часто лажу,а каждый раз не охота доставать связку ключей. Так как стандартный замок останется на месте,я и сделал источник питания от батареек(что бы никаких проводов к ящику не было),ну раз в несколько месяцев можно ключами открыть дверь и поменять батарейки.
Первая сборка схемы на монтажной плате (для проверки ее работоспособности)
Все прекрасно заработало. Далее подобрал подходящий корпус, вытравил плату и подключил все. Плата из за малого количества деталей.получилась довольно компактной и уместилась в маленький корпус.
Электронный кодовый замок - принципиальная схема
Эта схема существует в разных вариациях, и на разных счетчиках (К561ИЕ8, К561ИЕ9, К176ИЕ8, CD4022 и тому подобные). Я доработал схему на основе CD4017 (десятичном счетчике делителе с 10 дешифрированными выходами QO...Q9). Аналогом микросхемы CD4017 (счетчик Джонсона) является К561ИЕ8, К176ИЕ8 . У себя нашел микросхему с обозначением EL4017AE , которую и применил в данном устройстве. При повторении девайса, не поленитесь, определите маркировку – они отличаются по характеристикам (рабочее напряжение). Все необходимые файлы проекта - .
Итак, работа схемы электронного кодового замка очень проста. При вводе правильного четырёхзначного последовательного кода на выходе микросхемы (Q4) появляется логическая единица, которая приводит к открыванию замка. При наборе неверной цифры (кнопки S5-S10), не являющаяся частью кода, схема переходит в исходное состояние, то есть обнуляется через 15 вывод микросхемы (RESET ). При нажатии S1 единичное состояние на третьем выводе Q0 микросхемы поступает на вход полевого транзистора VT1 открываясь он поддает напряжение на вывод 14 (CLOCK ) который переключает единичное состояние на второй вывод Q1, потом при последовательном нажатии кнопок S2, S3, S4, сигнал переходит на Q2, Q3, и в конечном итоге при вводе правильного кода с выхода Q4 сигнал открывает транзистор VT2 на короткое время, определяемое емкостью конденсатора С1, включая реле К1 который своими контактами подает напряжение на исполнительное устройство (электрозамок, защелка, или автомобильный "активатор” (актуатор)).
Есть одно но, код не может состоять из одной и той же цифры. Например: 2244, значения должны быть разными, как: 0294 и т. д. Так или иначе, возможных вариантов кода очень много, примерно один десяток тысяч, что вполне хватит для применения данного кодового замка в быту.
О деталях кодового замка
Все радиодетали дешевы и могут быть заменены на другие аналоги. Например: VT2 можно заменить на такой же npn транзистор: 2N2222, BD679, КТ815, КТ603
. Для шунтирования реле лучше применить диод Шоттки. VD7 можно и не ставить, хотя лучше чтобы он был во избежание переполюсовки (падение напряжения на нем не критична, так как схема работает и при 9В). Реле любое, с меньшим током срабатывания, на 12В, с контактами рассчитанные на ток привода замка.Теперь о конструкции замка
Схема простейшая, испытанная, работает она уже полтора года без проблем, в условиях жары и холода. И самое главное, проста в повторении! Покупаешь радиодетали, плату можно использовать монтажную.
В качестве привода для замка, применил простой автомобильный электропривод (актуатор). В комплект идут и крепления – металлические полоски, которые нужно переделать, так как видно на фотографиях. Все зависит от того, какой замок применяется для переделки. Можно ставить готовую электрозащелку фирмы FASS LOCK Itemno:2369 (8-12V,12W). В таком случае меняется емкость конденсатора С1, так чтобы получить временную задержку таймера в 0,5-1с.
В своем случае, закрепил металлическую полоску на пластмассовую ручку замка, прикрепив ее напрямую саморезами. От нее к приводу, одевается спица (идет в комплекте с активатором), и далее сам электропривод крепится также саморезами к основанию двери. Плата с реле устанавливается на дверь и подводится проводка от кнопочной панели и питания. В качестве корпуса, я применил пластиковую крышку из под кофе, просверлив два отверстия для крепления.
Кнопочная панель для набора кода изготовлена из остатка алюминиевого профиля П-образной формы, для мебельных фасадов, покупается в любом магазине мебельной фурнитуры. Режется профиль исходя из количества кнопок (10шт.). После этого, нужно просверлить отверстия для кнопок, по диаметру немного больше чем диаметр кнопки, так чтобы кнопка с одетым на ней кембриком (трубкой) проходила в отверстие. Таким образом она будет центрирована, и как следствие свободно двигаться при нажатии, без заеданий. Это делается для того, чтобы при заливке кнопок клеем не было смешения, но об этом чуть по позже.
Заливка кнопок
Настало время закрепить кнопки на свое место в заранее просверленных отверстиях. Вставляем кембрик в кнопки и ставим их на свое место, как это видно на фото. После, нужно скрепить их каплями клея или термоклея. Но делать это надо аккуратно, так чтобы не осталось щелей, в том случае если заливать кнопки эпоксидной смолой! Потому что у меня, первая панелька, залитая эпоксидкой, осталась в качестве музейного экспоната. Эпоксидка, очень текучая, и она просочилась в кнопки и склеила их. Вот так. Пришлось делать все по новому и на этот раз, заливал панель термоклеем. Кнопки можно предварительно клеить, так чтобы закрепить их на свои места, двухкомпонентным, мгновенным клеем применяемым мебельщиками для склеивания МДФ, продается там же где и алюминиевые профиля – в магазинах мебельной фурнитуры.
Конечно же перед заливкой надо припаять все провода к кнопкам и светодиодам так как это видно на фотографиях. Все это обеспечивает надежную, водонепроницаемую и неразборную клавиатуру, а также красивый дизайн, который применим к любым входным дверям, сейфам или гаражным воротам. Также, устройство можно применить для охранных систем.
Теперь сверлим два отверстия под шурупы для крепления панели. Также, одно или два отверстия под светодиоды (d=3mm). Один из них (зеленого свечения) справа для индикации открытия замка. Другой не задействовал, его можно подключить к питанию на постоянное свечение или через дополнительную кнопку в целях подсветки клавиатуры при ее нажатии. Соответственно светодиод должен быть белого свечения (ультра яркий), закрепив его так чтобы световой поток был направлен на кнопки. Можно разрезать еще один кусочек профиля, и закрепить его на кнопочную панель сверху, или вообще применить готовую клавиатуру от калькулятора или от других устройств. А если изготовить лицевую панель из плексигласа, тогда будет вам решение для подсветки всей клавиатуры!
И последние, цифры можно нанести готовые, или нарисовать их самому при помощи фломастера, а после покрыть алюминиевый профиль простым скотчем. Это делается сразу же после сверления отверстий под кнопки. Проводов конечно много, относительно устройств на микроконтроллерах, но не все же имеют возможность изготовить подобные девайсы. Суть этого замка в том, что его может собрать даже человек не имеющий особых навыков в радиоэлектронике. Купил детали, собрал на выходных, навесил и подключил. Все. В никаких наладках, это схема не нуждается. И еще, код можно менять в любой момент. Все провода от клавиатуры, подключаются внутри корпуса кодового замка. Не забываем каждый провод промаркировать. Я использовал самоклейки для ценников.
Хочу заметить, что за прошедшее время, на кнопках нет явных следов истирания! Скорее всего, за счет пластмассы черного цвета. Используются они ежедневно. Но, протирать и менять код, время от время, не мешает.
Блок питания устройства
Питание устройства осуществляется, за счет бесперебойного блока, фирмы Dantom
. Он имеет встроенный гелиевый аккумулятор на 12В/7А. Вы можете собрать такой же, схема очень проста, она выдает постоянный небольшой ток зарядки (несколько миллиампер – при полностью заряженном аккумуляторе, и 70 – 100 при разряженном). Этого хватит на питание нескольких электрозамков и электрозащелок. Или изготовьте блок по меньше, если у вас всего одна дверь с кодовым замком. Скажем на: L7812CV
, LM317
, КР142ЕН8Б
. Так же, систему можно запитать от импульсных блоков питания.
Схема принципиальная БП РИП
Печатная плата БП РИП
В предложенной схеме резервного источника питания (РИП), применен влагозащитный трансформатор, но можно использовать и любой другой на 20-40 Ватт, с выходным напряжением в 15-18 Вольт. Если под нагрузкой один лишь автомобильный актуатор, то трансформатор подойдет и менее мощный. Для нескольких электрозамков, электролитический конденсатор С1 должен быть с большей емкостью, чем та что указана на схеме – для большего запаса энергии при срабатывании и соответственно, меньшего падения напряжения на нагрузке. Конденсатор С2 – 0,1-0,33mF, С3 – 0,1-0,15mF. Радиатор для IC1 – побольше, примерно на 100-150см2, так как в корпусе с аккумулятором, лишний нагрев не нужен! Выходной ток нагрузки для L7815CV составляет 1,5А. Тем более если используется пластмассовый бокс в качестве корпуса, незабываем про вентиляционные отверстия. Диод D8 и предохранитель FS2, служат защитой от короткого замыкания.
В охранных РИП-ах стоит кнопка (tamper ) против несанкционированного взлома прибора – нам она не понадобится. На плате, для подключения проводов лучше воспользоваться пайкой вместо клемм, как наиболее надежном способом крепления. Также, уместно подстраховаться и вывести запасную проводку питания вне помещения, на непредвиденный случай (в жизни разное бывает).
Видео работы самодельного замка
Это все, надеюсь, что оказался вам полезным. ).
Обсудить статью КАК СДЕЛАТЬ ЭЛЕКТРОННЫЙ КОДОВЫЙ ЗАМОК
В этой статье разговор пойдет о том, как собрать несложный электронный кодовый замок . Сфера применения кодового замка довольно широка, это могут быть и ворота гаража и дверь в складское помещение или дом. Простота устройства позволяет собрать кодовый замок, схема которого будет приведена ниже даже начинающим радиолюбителям. Детали применяются довольно-таки распространенные и недорогие. Времени на сборку замка понадобится немного.
Каждый из нас хранит какие-нибудь тайны от окружающих. А о том, чтобы надежно спрятать ценную вещь от посторонних и говорить не приходиться. Помню в мальчишеском возрасте, наверное, как и любой другой мальчуган, бредил кладами и сокровищами. Брал различные безделушки, прятал их или закапывал, потом нарисовав карту, торжественно вручал ее друзьям и они отправлялись на поиски. Искать, конечно же, всегда интересней.
Но те времена прошли, а необходимость надежно запирать двери осталась. Например, для гаражных ворот я изготовил по простой схеме электронный кодовый замок . Питание устройства осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 12 В, подключенной к зарядному устройству, что обеспечивает постоянную работу кодового замка. Теперь чтобы открыть гараж, набираю нужную кодовую комбинацию и… бац – срабатывает электронный привод и замок открыт.
Ну что же, давайте взглянем на схему кодового замка , как видите, она не представляет особой сложности, справится даже начинающий радиолюбитель.
Кодовый замок схема , а точнее описание работы. При подаче напряжения питания через резистор R1 заряжается конденсатор C1, благодаря этому на входы R элементов DD1 и DD2 краткосрочно поступает сигнал высокого уровня и устанавливает их в исходное нулевое состояние. При воздействии на кнопку SB1 кодового замка на C вход триггера DD1.1 приходит единичный сигнал, а так как вход D триггера подключен к положительному полюсу питания, то он (триггер) переходит в состояние высокого уровня. Если теперь нажать на кнопку SB2, то триггер DD1.2 также примет состояние высокого уровня в силу того, что его D вход подключен к выходу 1 триггера DD1.1, а он как сказано выше находится в единичном состоянии.
Далее по той же схеме, если теперь нажать подряд кнопки SB3, SB4, то триггер DD2.2 переключится в состояние высокого уровня и передаст его через выход 13 на базу транзистора VT1, пройдя резистор R6. Транзистор VT1 откроется и сам откроет транзистор VT2, который в свою очередь подаст ток на реле K1. Реле сработает и включит электронный исполнительный механизм кодового замка.
Чтобы отключить механизм и привести кодовый замок в исходное состояние потребуется кратковременное воздействие на одну кнопку из группы SB5 – SB9. Произойдет следующее, на R входы всех триггеров, смотрите схему, поступит напряжение, оно высокого уровня, и триггеры переключаться в нулевое состояние. Естественно транзисторы вследствие этого закроются, реле обесточится и отключит исполнительный механизм.
Обратите внимание, если во время набора кодовой комбинации случайно или намеренно нажать на любую из кнопок SB5 – SB9, то триггеры обнулятся, и замок не откроется. При не последовательном наборе SB1 – SB4, порядок срабатывания триггеров нарушится, и электронный кодовый замок также не сработает.
Детали в схеме кодового замка применяются указанные на рисунке, возможны следующие замены в электронной части. Микросхемы DD1 и DD2 допустимо использовать аналогичные из серии К176, но при этом напряжение питания должно быть не более 9 В. В качестве транзистора VT1 подойдет любой КТ315 независимо от его буквенного индекса. VT2 полностью зависит от реле K1, его коллекторный ток должен обеспечивать срабатывание реле. Тип реле зависит от тока срабатывания исполнительного механизма электронного замка. Клавиатуру с кнопками от старого электронного калькулятора можно приспособить на роль наборника кодовой комбинации. Диод VD1 можно заменить любым маломощным из серии КД521 или импортным аналогом.4.22 (9 Голосов)