Serrure à combinaison numérique ! : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

Je me suis toujours demandé comment fonctionnaient les serrures électroniques, alors une fois que j'ai terminé le cours de base sur l'électronique numérique, j'ai décidé d'en construire une moi-même. Et je vais vous aider à construire le vôtre!

Vous pouvez le connecter à n'importe quoi de 1v à 400v (ou peut-être plus selon le RELAIS), DC ou AC, vous pouvez donc l'utiliser pour contrôler un autre circuit, ou même pour électrifier une clôture !! (s'il vous plaît n'essayez pas ça, vraiment dangereux)… J'ai connecté un mini arbre de Noël à la sortie (110v) car je n'avais pas retiré la décoration des vacances de mon laboratoire, donc c'était à peu près au moment où j'ai terminé le projet.

Voici quelques photos du système fini, ainsi qu'une vidéo, pour que vous puissiez le voir fonctionner.

Étape 1: Comment ça marche ?

J'ai d'abord réfléchi à ce qui devait être traité et comment. J'ai donc dessiné ce schéma comme une carte pour me guider pendant que je construis chaque partie du projet. Voici un résumé de son fonctionnement.

• Nous avons d'abord besoin d'un circuit pour décoder les 10 entrées possibles (0-9) vers ses 4 sorties BCD (Binary Coded Decimal), et une autre sortie qui nous indique quand un bouton est enfoncé.
• Ensuite, nous devons construire le circuit pour que nos deux écrans à 7 segments fonctionnent correctement, avec 4 entrées pour un numéro BCD et bien sûr 7 sorties pour nos écrans, (j'ai utilisé l'IC 74LS47)
• Puis un circuit pour enregistrer chaque numéro pressé et basculer entre les affichages
• Ainsi qu'une mémoire interne pour notre mot de passe
• Et, le foyer de notre serrure, le comparateur (ses 8 bits car il y a 4 bits par chiffre dans l'affichage, ce qui signifie que si vous voulez faire une serrure à 4 chiffres, vous en aurez besoin de deux connectés ensemble.) Cela dira nous si les chiffres affichés sont les mêmes que le mot de passe enregistré dans les mémoires internes.
• Et enfin un circuit pour garder le signal OPEN ou CLOSE pendant une durée indéterminée, et bien sûr une sortie (c'est tout ce que vous voulez contrôler avec votre serrure)

Étape 2: Matériaux

Voici tout ce dont vous aurez besoin. REMARQUE: j'ai pris la plupart des matériaux d'une vieille carte de magnétoscope, ils étaient donc "gratuits", ce qui rend ce projet vraiment bon marché. Au total, j'ai dépensé environ 13 dll (la plupart des IC coûtent 76 cnts, à l'exception du D-ff (environ 1,15) car je n'avais pas d'IC, mais vous pouvez les conserver pour de futurs projets, c'est un excellent investissement. Composants:

• Beaucoup de diodes (environ 20) pour faire des connexions à sens unique.
• Un transistor NPN (pour alimenter la bobine de relais avec suffisamment de courant)
• Un relais (pour contrôler l'appareil connecté)
• Une LED rouge (pour indiquer quand le système est VERROUILLÉ)
• 14 boutons poussoirs
• Beaucoup de résistances (peu importe la résistance, c'est juste pour régler les broches IC sur 1 ou 0 [+ ou -])
• Deux écrans 7 segments.
• Beaucoup de fil !!

Circuits intégrés:

• Deux 7432(OR GATES) pour construire le DEC en BCD et le comparateur
• Deux 7486(XOR GATES) âme du comparateur.
• Deux pilotes d'affichage 7447
• Quatre 74175 (4 D-FF) chacun est une mémoire capable de contenir 4 bits.
• Un 7476(2 JK-FF) pour le sélecteur d'affichage et pour maintenir le signal OPEN CLOSE.
• Un 7404 (NOT GATE) inverse l'impulsion d'horloge du sélecteur d'affichage. (vous pouvez utiliser un transistor NPN intégré, car vous n'avez besoin que d'une seule porte (le circuit intégré en a 6).

Outils:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Pinces
• Couteau exacto
• Alimentation 5V DC (alimente les circuits)
• Alimentation 12V DC (alimente la bobine du relais)
• Alimentation 120V AC (alimente l'appareil sur la sortie)

REMARQUE: j'ai utilisé environ 8 pieds de fil, et des conseils à ce sujet, au lieu d'acheter un fil de protoboard coûteux, vous pouvez acheter 3 pieds de câble Ethernet, le dénuder, et vous aurez 8 ou 9 fils, chacun avec une couleur différente et 3 pieds de long. (c'est exactement ce que je fais, puisque le fil de protoboard normal est d'environ 10 pieds par dollar. Mais pour un dollar, vous pourriez 3,3 pieds de câble Ethernet, donc vous vous retrouveriez avec environ 27-30 pieds !

Étape 3: Dec à BCD

La première étape consiste à créer le système d'entrée, afin que vous puissiez communiquer avec votre serrure. J'ai conçu le circuit suivant afin d'atteindre deux objectifs principaux.

• Transformez l'un des 10 nombres de (0-9) à son homologue BCD (binaire). cela vous permettra d'économiser beaucoup de temps et d'ennuis, mais je pense que c'est plus amusant de cette façon)
• Être capable de détecter chaque fois qu'un bouton est enfoncé.

Pour résoudre le premier problème, nous devrions jeter un œil à cette table de vérité pour savoir quelle sortie (ABCD) sera élevée (1) lorsque nous appuierons sur chaque bouton. DCBA] X 0 0 0 0] 0 0 0 0 1] 1 0 0 1 0] 2 0 0 1 1] 3 0 1 0 0] 4 0 1 0 1] 5 0 1 1 0] 6 0 1 1 1] 7 1 0 0 0] 8 1 0 0 1] 9 Voici maintenant où quelque chose que j'aime dans le numérique trouve son utilité… Il y a plusieurs façons de faire une chose…. C'est comme les maths, vous pouvez arriver à 3 en ajoutant 1+2, ou en soustrayant 4-1, ou 3^1…. En d'autres termes, vous pourriez construire beaucoup de circuits différents pour atteindre le même objectif, c'est quelque chose qui facilite notre tâche actuelle. J'ai conçu ce circuit car je pensais qu'il utilisait peu de circuits intégrés, mais vous pouvez concevoir le vôtre ! Maintenant, je sais que certains se grattent peut-être la tête en essayant de comprendre pourquoi j'ai utilisé autant de diodes, eh bien voici la réponse… Les diodes fonctionnent comme une connexion à sens unique, donc dans une paire connectée comme dans mon circuit, s'il y a (1) tension sur son "côté positif", il conduira du courant, nous aurons donc également une tension de l'autre côté, mais s'il y a une tension négative ou inexistante (0), il se comportera comme un circuit ouvert. Vérifions le comportement de ces diodes, en appelant la première anode de diode (+) "E", et la deuxième anode de diode "F" et la sortie sera leur cathode connectée "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Vous pouvez voir que nous avons exactement le même comportement qu'un OR GATE, et ensuite, pourquoi ne pas utiliser uniquement des diodes, de cette façon vous économiserez encore plus Des circuits et de l'argent ?… Eh bien, la réponse est simple, et vous devriez vraiment en tenir compte, la TENSION CHUTE sur CHAQUE DIODE. C'est normalement environ 0.65V. Pourquoi donc? Parce que chaque diode a besoin d'au moins 0,6 V à travers son anode et sa cathode pour que sa jonction se rapproche et qu'elle puisse commencer à conduire. En d'autres termes, pour chaque diode que vous connectez et son fonctionnement en même temps, vous perdrez 0,65 V… ce ne serait pas un gros problème si nous n'allumions que les leds, mais nous travaillons avec TTL IC, cela signifie que nous avons besoin d'au moins plus de 2 V. Et comme nous commençons avec 5 v.. Cela signifie que connecter 5 diodes provoquera une panne dans notre circuit (le circuit intégré ne pourra pas faire la distinction entre 0v et moins de 2v…) C'est pourquoi je n'ai jamais utilisé plus de 2 diodes dans chaque entrée… REMARQUE: vous devez connecter une résistance connectée à GND chaque entrée OR Gate… Pour résoudre le deuxième problème, je viens d'ajouter une diode à chaque ABCD, et 0, et je les ai connectés ensemble, donc chaque fois que l'un de ceux-ci est 1, vous aurez un 1 sur "Press" (P). Maintenant, tout ce qui reste est de le construire sur votre maquette, ou si vous voulez économiser un peu plus d'espace, vous pouvez faire comme moi, et percer des trous dans un papier de construction et souder les diodes et les boutons-poussoirs là-bas… Si vous avez besoin plus d'informations sur Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Si vous avez besoin de plus d'informations sur les diodes:

Étape 4: Affichages

Cette étape est l'une des plus simples, nous avons juste besoin de décoder les entrées ABCD pour piloter l'affichage à sept segments… Et heureusement, il existe déjà un circuit intégré qui nous fera économiser toute la logique, le temps et l'espace.

Si vous utilisez un affichage à anode commune, vous aurez besoin d'un 7447.

Si vous utilisez un écran à cathode commune, vous aurez besoin d'un 7448.

Le câblage est le même, donc de toute façon vous pouvez utiliser mon schéma.

Les entrées ABCD pour chaque circuit intégré proviennent de la sortie de chaque mémoire (nous passerons en revue les mémoires à l'étape suivante)

Étape 5: Mémoire

C'est là que nous passons de la logique combinatoire à la logique secuencial… Pour faire la mémoire 4 bits (ABCD), nous avons juste besoin d'un D-Flip Flop pour chaque bit, et dans le 74175 nous en avons 4. N'oubliez pas que chaque numéro est représenté en ABCD, de sorte que chaque 74175 peut enregistrer un numéro. Pour plus d'informations sur le fonctionnement du D-flipflop, et comment il enregistre les informations,: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop L'entrée des deux premières mémoires (Données "D") vient du codeur DEC vers BCD que nous avons construit sur la première étape. Eh bien, nous avons les informations que chacun va détenir, mais quand vont-ils les sauvegarder ? Bien entendu, l'un enregistrera le premier chiffre pressé et l'autre le deuxième numéro pressé… Alors, comment obtient-on cet effet ? Eh bien avec un autre type de FF (flip flop) le JK, lorsque les deux entrées J et K sont hautes, cela changera l'état des sorties à son complément (négation), en d'autres termes, nous aurons sur "Q" 1, puis 0 puis 1 à nouveau, puis 0 et ainsi de suite. Ce Q et Q´ sont l'horloge pour les mémoires (ce qui leur dira quand enregistrer de nouvelles données.) L'impulsion qui déterminera quand ce changement est effectué est le "P" qui est élevé chaque fois que vous appuyez sur enregistrez les informations à temps, nous aurons besoin du contraire, alors voici où nous utilisons le NOT GATE. En d'autres termes, une fois que nous avons appuyé sur un bouton, le jk ff changera sa sortie, allumera la première mémoire, de sorte qu'il enregistrera les données, puis nous appuierons à nouveau et le premier état d'enregistrement de la mémoire sera désactivé, mais la deuxième mémoire enregistrera les nouvelles données ! J'ai ajouté à ce stade un bouton de réinitialisation qui ramènera les deux mémoires (ABCD) à 0 et ramènera le sélecteur d'affichage (jk ff) à la première mémoire. Pour plus d'informations sur le JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Maintenant… pourquoi ai-je dit que nous avions besoin de quatre 74175 ? Eh bien pour enregistrer le mot de passe !! Bien qu'il soit possible de simplement définir le mot de passe avec des résistances sur GND ou Vcc, cela rendra votre mot de passe statique et impossible à modifier si vous effectuez votre verrouillage dans un PCB. Ainsi, avec une mémoire, vous pouvez enregistrer le mot de passe, et le changer autant de fois que vous le souhaitez. Les entrées seront les sorties de la mémoire de nos écrans, donc lorsqu'une impulsion positive atteint leur horloge, vous ferez face à tous les nombres affichés. (les deux, les mémoires et les mémoires de mot de passe auront les mêmes informations). Bien sûr, l'impulsion "nouveau mot de passe" ne sera disponible que si vous avez déjà introduit le mot de passe correct et ouvert la serrure. En tout nous aurons une capacité de stockage de 2 octets ou 16 bits !!

Étape 6: Comparer

À ce stade, nous avons un système capable d'enregistrer chaque numéro que nous pressons dans un affichage puis l'autre, et de copier cette information dans les mémoires de mot de passe… il nous manque encore l'essentiel, le comparateur… un circuit qui comparera les deux (ABCD) des mémoires d'affichage avec les deux (ABCD) des mémoires de mot de passe. Encore une fois, il existe déjà un circuit intégré de la famille TTL qui fait tout le sale boulot, mais il n'était pas disponible dans mon magasin d'électronique local. J'ai donc construit le mien. Pour comprendre comment je l'ai fait, regardons la table de vérité XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Notez que chaque fois que A et a ont la même valeur, la sortie est faible (0). Donc, s'ils sont différents, nous aurons un 1 à la sortie. Cela signifie qu'avec une porte XOR, vous pouvez comparer 2 bits l'un de la mémoire d'affichage et l'autre de la mémoire du mot de passe. Sur la base de cela, j'ai construit le circuit suivant, n'oubliez pas que vous pouvez le construire à votre manière, car il existe de nombreuses façons d'obtenir la même réponse ici en électronique numérique. Ce circuit prend les 8 bits des mémoires d'affichage (un bit par XOR, car l'autre entrée doit être utilisée avec la mémoire du mot de passe) et les 8 bits des mémoires du mot de passe (c'est un comparateur à 1 octet). Et ne fournira qu'une seule sortie. si et seulement si les informations sur les deux mémoires d'affichage sont les mêmes que les informations dans les mémoires de mots de passe, nous aurons une sortie (0) faible. En d'autres termes, si les informations sur les deux ensembles de mémoires diffèrent, même sur 1 bit, la sortie sera haute (1).

Étape 7: Ouvrir/Fermer

Enfin la dernière partie, nous avons presque fini! Bientôt, vous serez en mesure de verrouiller n'importe quel appareil ou d'électrifier n'importe quelle clôture. la serrure ne s'ouvrira pas. (j'ai appelé ce bouton "enter", vraiment intelligent, hein !,) Et après le bouton enter, viendra le loquet RS, un appareil qui peut transformer Q´ à 1 s'il y a un 0 sur son R entrée, et enregistrez-le, et Q à 1 s'il y a un 0 dans l'entrée S. Pour plus d'informations sur le verrou RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops J'ai connecté "Q" à une led rouge signifiant verrou, ou que l'appareil contrôlé est éteint. Et "Q´" à un transistor qui fournira au relais suffisamment de courant pour le faire tourner, mettant sous tension l'appareil contrôlé. "Q´" était connecté à un bouton poussoir (que j'ai appelé bouton nouveau mot de passe pour des raisons évidentes) de sorte que lorsque vous appuyez sur ce bouton, vous fermez le circuit entre Q´ et l'entrée d'horloge pour la mémoire du mot de passe. Si Q´ est bas (système verrouillé), rien ne changera dans la mémoire de mot de passe lorsque le bouton est enfoncé, mais s'il est élevé (système ouvert), l'horloge sera activée et les mémoires de mot de passe copieront les informations sur les mémoires d'affichage. le mot de passe). Et connecté une résistance à GND et à un bouton poussoir (bouton de verrouillage) et de là à l'entrée S, donc chaque fois que vous appuyez dessus, vous verrouillerez le système. Eh bien, alors que j'aurais pu acheter une bascule RS juste à cet effet, il me reste encore un JK ff de mon 7476. Et, comme les entrées R et S sont asincrones, nous n'avons pas à nous soucier de l'horloge. Donc, câblez simplement les choses comme indiqué sur le schéma (comme je l'ai fait.) Soyez prudent lorsque vous connectez le relais au courant alternatif, utilisez suffisamment de ruban isolant. Vous ne voulez pas de court-circuit lorsque vous travaillez avec des centaines de volts ! Après avoir tout connecté ensemble… nous avons enfin terminé !!! N'hésitez pas à commenter toute question ou suggérer, si vous remarquez un problème ou une erreur, ne doutez pas de le signaler. Je suis là pour aider. Bonne serrure, je veux dire, bonne chance avec cette serrure.