В рамках учебных проектов был создан прототип-макет, имитирующий дверную конструкцию, с установкой электромеханического замка с электронным управлением, отмыкание которого осуществляется набором кода в кодонаборном узле.
Устройство должно удовлетворять следующим требованиям:
- ввод кода осуществить при помощи гибкой клавиатуры 4/4 типа;
- использовать дисплей с выводом информации о состоянии запорного механизма в виде текста на каждый момент действия запорного механизма, включая режим ожидания;
- реализовать цветовую индикацию отображающую состояние запорного механизма;
- реализовать звуковой сигнал изменения положения защелки запорного устройства;
- реализовать отскок двери после отпирания замка кода;
- монтаж деталей и электроники произвести с тыльной стороны, при этом сохранить визуальный доступ ко всем компонентам для последующего представления макета;
- с лицевой стороны разместить дисплей, клавиатуру и цветовую индикацию;
- общий габарит макета выполнить в пределах 40х40х30 см.
Разработанный макет базируется на материнской плате Arduino UNO, что обуславливает применение большинства используемых компонентов.
Основным условием является то, что выходное напряжение с платы Arduino UNO – составляет максимум 5 вольт и 50 млА на каждый цифровой выход. Соответственно, номинал компонентов следует подбирать под эти параметры:
- Светодиоды (красный, зеленый) — от 3 до 5 вольт.
- Диммер — от 3 до 5 вольт.
- Дисплей со встроенным драйвером — 5 вольт.
- Сервопривод — 5 вольт.
- Гибкая клавиатура — 5 вольт.
- Плата АУ питание до 9 вольт.
- Батарея «Крона» — 9 вольт.
Для разработки кодового замка на базе микроконтроллера необходимы следующие элементы:
- микроконтроллер Arduino Uno R3;
- матричная клавиатура 4х4;
- монохромный дисплей lcd1602;
- провода;
- макетная плата (400 точек);
- коннектор для батареи (крона) 9 в;
- светодиоды;
- сервопривод sg90;
- зуммер или пьезоэлемент;
- пластиковая язычковая защелка.
Arduino Uno R3:
Матричная клавиатура выполнена в виде матрицы 4×4, каждая кнопка является областью воздушного зазора между двумя диэлектрическими слоями с нанесенным на них токопроводящим покрытием. Дорожки покрытия одного слоя нанесены горизонтально (выводы 1—4), а другого — вертикально (выводы 5—8). Нажатие на кнопку приводит к соединению дорожки одного слоя с дорожкой другого и замыканию одного из выводов 1—4 с одним из выводов 5—8.
Характеристика матричной клавиатуры:
- Габариты: 68×77×0,8 мм;
- Рабочее напряжение: до 12 В;
- Максимальный ток: 100 мА;
- Сопротивление изоляции: >100 МОм;
- Сопротивление контактов: <200 Ом;
- Вес: 10 г.
Монохромный дисплей LCD 1602A представляет собой электронный модуль, основанный на драйвере HD44780 от Hitachi. LCD1602 имеет 16 контактов и может работать в 4-битном режиме (с использованием только 4 линии данных) или 8-битном режиме (с использованием всех 8 строк данных), так же можно использовать интерфейс I2C.
Технические параметры:
- Напряжение питания: 5 В;
- Размер дисплея: 2.6 дюйма;
- Тип дисплея: 2 строки по 16 символов;
- Цвет подсветки: синий;
- Цвет символов: белый;
- Габариты: 80мм x 35мм x 11мм.
Для сборки компонент была использована макетная плата.
Батарейка подсоединялась с помощью контактов
Куда же без диодов…
Защелка замка двигается при помощи сервопривода. Маленький сервопривод SG90 вполне подходит для использования. Имеет три вывода: плюс, минус и сигнал. Вращение ротора осуществляется на 180 градусов. Обеспечиваемый момент вращения при 4,8 В около 1,98 кг*см. Скорость вращения — 60 градусов за 0,14 сек. Рабочее напряжение от 3,5 до 7,2 Вольт.
Подключаем LCD дисплей к плате ардуино. SCL вывод подсоединяем к аналоговому пину А4,а SDS вывод к пину А5. Провод питания подключаем к макетной плате.
Далее подсоединяем матричную клавиатуру 4х4 к цифровым пинам на Arduino (от D9 до D2). Подключение можно провести при помощи проводов питания или специальных коннекторов.
Следующим шагом необходимо закрепить сервопривод в язычковой щеколде так, чтобы при правильном вводе пароля он поворачивался на 180 градусов, тем самым открывая дверцу механизма. Далее подключаем желтый провод сигнала к пину D10, а провода плюса и минуса питания к макетной плате.
Следующим шагом подключаем пьезоэлемент к макетной плате и с помощью проводов питания соединяем с пином D13 на Arduino.
Подключим питание
Затем необходимо подготовить макетную установку на которой будет расположен весь механизм. Макет состоит из трех деревянных реек прикрепленных саморезами к основанию.
Закрепляем готовую дверцу со всем механизмом к макетной установке.
Полностью готовый электронный замок
