Fechadura de combinação digital !: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:41

Sempre me perguntei como funcionavam as fechaduras eletrônicas, então, quando terminei o curso básico de eletrônica digital, decidi construir uma para mim. E eu vou te ajudar a construir o seu!

Você pode conectá-lo a qualquer coisa de 1v a 400v (ou talvez mais dependendo do RELAY), DC ou AC, então você pode usar para controlar outro circuito, ou mesmo para eletrificar uma cerca !! (por favor, não tente isso, muito perigoso)… Eu conectei uma mini árvore de chrismas na saída (110v) porque não tinha tirado a decoração de feriados do meu laboratório, então ela estava por perto quando terminei o projeto.

Aqui estão algumas fotos do sistema finalizado e um vídeo também, para que você possa vê-lo funcionando.

Etapa 1: Como funciona?

Primeiro pensei no que precisava ser processado e como. Então, desenhei este diagrama como um mapa para me guiar enquanto construo cada parte do projeto. Aqui está um resumo de como funciona.

• Primeiro, precisamos de um circuito para decodificar as 10 entradas possíveis (0-9) para suas 4 saídas BCD (Binary Coded Decimal) e outra saída que nos diga quando qualquer botão é pressionado.
• Em seguida, precisamos construir o circuito para que nossos dois monitores de 7 segmentos funcionem corretamente, com 4 entradas para um número BCD e, claro, 7 saídas para nossos monitores, (usei o IC 74LS47)
• Em seguida, um circuito para salvar cada número pressionado e alternar entre as telas
• Bem como uma memória interna para nossa senha
• E, o coração da nossa fechadura, o comparador (são 8 bits ´porque existem 4 bits por dígito no display, o que significa que se você quiser fazer uma fechadura de 4 dígitos você precisará de dois destes conectados juntos). us se os números nos displays forem iguais aos da senha salva nas memórias internas.
• E, finalmente, um circuito para manter o sinal ABRIR ou FECHAR por um tempo indeterminado e, claro, uma saída (isso é o que você deseja controlar com sua fechadura)

Etapa 2: Materiais

Aqui está tudo o que você precisa. NOTA: Eu peguei a maioria dos materiais de uma velha placa de videocassete, então eles eram "gratuitos", tornando este projeto realmente barato. No total eu gastei cerca de 13 dlls (a maior parte do IC custou 76 cnts, exceto o D-ff (cerca de 1,15) porque não tinha IC, mas você pode mantê-los para projetos futuros, eles são um ótimo investimento. Componentes:

• Muitos Diodos (cerca de 20) para fazer conexões unilaterais.
• Um transistor NPN (para alimentar a bobina do relé com corrente suficiente)
• Um relé (para controlar o dispositivo conectado)
• Um LED vermelho (para indicar quando o sistema está BLOQUEADO)
• 14 botões de pressão
• Muitos resistores (realmente não importa a resistência, é só definir os pinos IC para 1 ou 0 [+ ou -])
• Dois visores de 7 segmentos.
• Muito fio !!

Circuitos integrados:

• Dois 7432 (OU GATES) para construir o DEC para BCD e o comparador
• Dois 7486 (XOR GATES) alma do comparador.
• Dois drivers de monitor 7447
• Quatro 74175 (4 D-FF) cada um é uma memória capaz de conter 4 bits.
• Um 7476 (2 JK-FF) para o seletor de display e para manter o sinal OPEN CLOSE.
• Um 7404 (NÃO PORTA) inverte o pulso do relógio para o seletor de exibição. (você poderia usar um transistor NPN instalado, porque você precisa de apenas uma porta (o ic tem 6).

Ferramentas:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Alicate
• Faca Exacto
• Fonte de alimentação 5 V DC (circuitos de alimentação)
• Fonte de alimentação 12 V DC (alimenta a bobina do relé)
• Fonte de alimentação 120 Vca (alimenta o dispositivo na saída)

NOTA: Usei cerca de 8 pés de fio, e um conselho sobre isso, em vez de comprar um fio caro de protoboard, você poderia comprar 3 pés de cabo ethernet, e removê-lo, e você terá 8 ou 9 fios, cada um com uma cor diferente e 3 pés de comprimento. (isso é exatamente o que eu faço, já que o fio protoboard normal é cerca de 10 pés por dólar. Mas por um dólar você poderia ter 3,3 pés de cabo Ethernet, então você acabaria com cerca de 27-30 pés!

Etapa 3: dezembro para BCD

O primeiro passo é construir o sistema de entrada, para que você possa se comunicar com sua fechadura. Desenhei o seguinte circuito para atingir dois objetivos principais.

• Transforme qualquer um dos 10 números de (0-9) em sua contraparte BCD (binária). (Na verdade, há um IC para essa finalidade, mas não estava em estoque quando fui à minha loja de eletrônicos local., Então, se você receber isso você vai economizar muito tempo e problemas, mas eu acho que é mais divertido dessa forma)
• Ser capaz de detectar sempre que um botão é pressionado.

Para resolver o primeiro problema, devemos dar uma olhada nesta tabela verdade para saber qual saída (ABCD) será alta (1) quando pressionamos cada botão. 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 Agora, aqui está onde algo que eu amo no Digitals começa a ser usado… Há muitas maneiras de fazer uma coisa…. É como a matemática, você pode chegar a 3 adicionando 1 + 2, ou subtraindo 4-1, ou 3 ^ 1…. Em outras palavras, você poderia construir muitos circuitos diferentes para atingir o mesmo objetivo, isso é algo que torna mais fácil nossa tarefa atual. Eu projetei este circuito porque pensei que ele usasse poucos ICs, mas você poderia projetar o seu próprio! Agora, eu sei que alguns estão coçando a cabeça tentando descobrir por que eu usei tantos diodos, bem, aqui está a resposta … Diodos funcionam como uma conexão unilateral, então em um par conectado como no meu circuito, se houver (1) tensão no seu “lado positivo” vai conduzir corrente, então teremos tensão no outro lado também, mas se houver tensão negativa ou inexistente (0) se comportará como um circuito aberto. Vamos verificar o comportamento destes díodos, chamando o primeiro díodo ânodo (+) “E”, e o segundo díodo ânodo “F” e a saída será o seu cátodo ligado “X”. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Você pode ver que temos exatamente o mesmo comportamento que um OR GATE, e então, porque não usar apenas diodos, assim você economizará ainda mais Integrado Circuitos e dinheiro? … Bem, a resposta é simples, e você realmente deve levar isso em consideração, a TENSÃO CAIU em CADA DIODO. Normalmente é cerca de 0,65V. Por que é que? Porque cada diodo precisa de pelo menos 0,6 V em seu ânodo e cátodo para fazer sua junção se aproximar, então ele pode começar a conduzir. Em outras palavras, para cada diodo que você conectar e estiver trabalhando ao mesmo tempo, você perderá 0,65 V … isso não seria um grande problema se estivéssemos apenas ligando os leds, mas estamos trabalhando com TTL IC, isso significa que precisamos de pelo menos mais de 2 V. E como estamos começando com 5 v.. Isso significa conectar 5 diodos irá causar uma falha em nosso circuito (o circuito integrado não seria capaz de distinguir entre 0v e menos de 2v …) Por isso nunca usei mais de 2 diodos em cada entrada … NOTA: Você deve conectar um resistor conectado ao GND em cada entrada OR Gate … Para resolver o segundo problema, adicionei um diodo a cada ABCD, e 0, e os conectei, então sempre que algum deles for 1, você terá um 1 em "Pressione" (P). Agora tudo o que resta é construí-lo em sua placa de ensaio, ou se você quiser economizar um pouco mais de espaço você pode fazer como eu fiz, e fazer alguns furos em um papel de construção e soldar os diodos e botões lá … Se você precisar mais algumas informações sobre portas lógicas: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Se precisar de mais informações sobre diodos:

Etapa 4: monitores

Essa etapa é uma das mais fáceis, só precisamos decodificar as entradas do ABCD para acionar o display de sete segmentos… E felizmente já existe um circuito integrado que vai nos poupar toda a lógica, tempo e espaço.

Se você estiver usando um display de ânodo comum, precisará de um 7447.

Se você estiver usando um monitor de cátodo comum, você precisará de um 7448.

A fiação é a mesma, então de qualquer maneira você pode usar meu esquema.

As entradas ABCD para cada IC vêm de cada saída de memória (revisaremos as memórias na próxima etapa)

Etapa 5: Memória

É onde passamos da lógica combinacional para a lógica secuencial … Para fazer a memória de 4 bits (ABCD) só precisamos de um D-Flip Flop para cada bit, e no 74175 temos 4 desses. Lembre-se de que cada número é representado em ABCD, então cada 74175 pode salvar um número. Para obter mais informações sobre como funciona o D-flipflop e como ele salva informações,: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop A entrada das duas primeiras memórias (Dados "D") vem do codificador DEC para BCD que construímos na primeira etapa. Bem, nós temos as informações que cada um vai reter, mas, quando eles vão salvá-las? Claro, um salvará o primeiro número pressionado e o outro o segundo número pressionado … Então, como obtemos esse efeito? Bem, com outro tipo de FF (flip flop) o JK, quando ambas as entradas J e K estão altas, ele vai mudar o estado das saídas para o seu complemento (negação), ou seja, teremos em "Q" 1, depois 0, depois 1 novamente, depois 0 e assim por diante. Este Q e Q´ são o relógio para as memórias (o que lhes dirá quando salvar novos dados). O pulso que determinará quando esta mudança é feita é o "P" que é alto sempre que você pressiona qualquer número, mas para guarde as informações a tempo, precisaremos do contrário, portanto, aqui está onde utilizamos o NOT GATE. Em outras palavras, assim que apertarmos um botão, o jk ff mudará sua saída, ligando a primeira memória, para que ele salve os dados, então apertamos novamente e o primeiro estado de gravação de memória será desligado, mas a segunda memória salvará os novos dados! Eu adicionei neste ponto um botão de reset que tornará ambas as memórias (ABCD) de volta para 0, e retornará o seletor de exibição (jk ff) para a primeira memória. Para obter mais informações sobre o JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Agora … por que eu disse que precisamos de quatro 74175? Bem, para salvar a senha !! Embora seja possível apenas definir a senha com resistores para GND ou Vcc, isso tornará sua senha estática e impossível de alterar se você fizer o bloqueio em um PCB. Assim, com uma memória, você pode salvar a senha e alterá-la quantas vezes desejar. As entradas serão as saídas da memória de nossos monitores, portanto, quando um pulso positivo atingir o relógio, você estará lidando com os números que estiverem nos monitores. (tanto as memórias quanto as memórias de senha terão as mesmas informações). Claro que o pulso de "nova senha" só estará disponível se você já intrudiu a senha correta e abriu o cadeado. Ao todo teremos uma capacidade de armazenamento de 2 Bytes ou 16 bits !!

Etapa 6: Comparando

Neste ponto temos um sistema que é capaz de salvar cada número que pressionamos em um display e depois no outro, e copiar essa informação para as memórias de senha … ainda falta o essencial, o Comparador … um circuito que vai comparar os dois (ABCD) das memórias de exibição com as duas (ABCD) das memórias de senha. Novamente, já existe um IC da família TTL que faz todo o trabalho sujo, mas não estava disponível na minha loja de eletrônicos local. Então, eu construí o meu próprio. Para entender como fiz isso, vamos dar uma olhada na tabela de verdade XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Observe que sempre que A e a têm o mesmo valor, a saída é baixa (0) Portanto, se forem diferentes, teremos um 1 na saída. O que significa que com uma porta XOR você pode comparar 2 bits, um da memória do display e o outro da memória de senha. Com base nisso, construí o seguinte circuito, lembre-se de que você pode construí-lo do seu próprio jeito, pois existem muitas maneiras de obter a mesma resposta aqui na eletrônica digital. Este circuito recebe os 8 bits das memórias do display (um bit por XOR, pois a outra entrada deve ser usada com a memória da senha) e os 8 bits das memórias da senha (é um comparador de 1 Byte). E entregará apenas uma saída. se e somente se as informações em ambas as memórias de exibição forem iguais às informações nas memórias de senha, teremos uma (0) saída baixa. Em outras palavras, se as informações em ambos os conjuntos de memórias forem diferentes, mesmo em 1 bit, a saída será alta (1).

Etapa 7: abrir / fechar

Finalmente a última parte, estamos quase terminando! Em breve você poderá travar qualquer dispositivo, ou eletrificar qualquer cerca, (por favor, não!) Agora, vamos pegar a última informação e interrompê-la com um botão de pressão, se alguém acidentalmente digitar a senha correta, a fechadura não abre. (chamei esse botão de "entrar", muito inteligente, hein !,) E depois do botão entrar, virá a trava RS, um dispositivo que pode transformar Q´ em 1 se houver um 0 em seu Insira R e salve-o, e Q em 1 se houver um 0 na entrada S. Para obter mais informações sobre a trava RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Eu conectei "Q" a um led vermelho que significa trava ou que o dispositivo controlado está DESLIGADO. E "Q´" para um transistor que fornecerá corrente suficiente ao relé para ligá-lo, ligando o dispositivo controlado. "Q´" foi conectado a um botão de pressão, (que chamei de botão de nova senha por razões óbvias) de forma que quando você apertar esse botão, você fechará o circuito entre Q´ e a entrada do relógio para a memória de senha. Se Q´ estiver baixo (sistema bloqueado) nada mudará na memória de senha quando o botão for pressionado, mas se estiver alto (sistema aberto) o relógio será ativado e as memórias de senha copiarão as informações nas memórias de exibição. (Alterando o senha). E conectou um resistor ao GND e a um botão (botão de bloqueio) e daí para a entrada S, então sempre que você pressioná-lo, você irá travar o sistema. Bem, embora eu pudesse ter comprado um flip-flop RS apenas para esse propósito, ainda tenho um JK ff restante do meu 7476. E, como as entradas R e S são assíncronas, não precisamos nos preocupar com o relógio. Portanto, apenas conecte as coisas conforme mostrado no diagrama (como eu fiz). Tenha cuidado ao conectar o relé à CA, use fita isolante suficiente. Você não quer um curto-circuito ao trabalhar com centenas de volts! Depois de nos conectarmos com tudo… finalmente terminamos !!! Sinta-se à vontade para comentar qualquer dúvida ou sugestão, se notar algum problema ou erro não duvide em destacá-lo. Estou aqui para ajudar. Boa fechadura, quero dizer, boa sorte com essa fechadura.