Кодовый замок и система охраны с цифровым индикатором (ATtiny2313)


В статье представлено устройство, которое реализует функции электронного кодовогозамка и охранного устройства. Поясняется алгоритм работы устройства в целом, подробно рассматриваются функциональные узлы и программное обеспечение.

В периодической печати, литературе, интернете имеется множество конструкций кодовых замков и охранных устройств самого различного назначения. Представленное устройство совмещает функции кодового замка и охранного устройства. Конструкция устройства состоит из трех функциональных узлов:

  • плата кодового замка (далее ПКЗ),
  • трех плат охранного устройства (далее ПОУ №1, ПОУ №2, ПОУ №3),
  • модуля управления соленоида (далее МУС).

Платы ПОУ №1, №2, №3 - совершенно одинаковые по алгоритму работу, схемотехники, конструкции.

То есть пользователь с одного пульта (в данном случае с платы кодового замка) может управлять кодовым замком и охранным устройством. Закрывая за собой дверь, можно охраняемое помещение сразу поставить под охрану (включить сигнализацию).

Особенностью ПКЗ является то, что к нему можно подключить ПОУ. Принципиальная схема ПКЗ представлена на рис. 1. Принципиальная схема ПОУ представлена на рис. 2. Принципиальная схема МУС представлена на рис. 3. На рисунке 4 представлена схема подключения составных частей к ПКЗ.

Схема кодового замка

Рассмотрим основные, функциональные узлы ПКЗ. Рабочая частота микроконтроллера DD2, задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10.000 МГц. Порт PD микроконтроллера DD2 управляет динамической индикацией.

Динамическая индикация собрана на транзисторах VT1...VT5, цифровых, семисегментных индикаторах HG1...HG5. Резисторы R3...R10 - токоограничительные для сегментов индикаторов HG1... HG5. Коды для включения вышеуказанных индикаторов при функционировании динамической индикации поступают в порт РВ микроконтроллера DD2.

Для функционирования клавиатуры задействован вывод 8 (PD4) микроконтроллера. Сразу после подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R2, конденсатор С3) формируется сигнал системного аппаратного сброса для микроконтроллера DD2. На дисплее ПКЗ индицируется число 00001. Питающее напряжение +5В поступает на устройство с соединителя Х3.

Конденсатор С6 фильтрует пульсации в цепи питания +5 В. Блокировочный конденсаторы С4, С5 стоят по цепи питания регистра DD1 микроконтроллера DD2 соответственно. Регистр DD1 задействован для увеличения количества выводных линий. В ПКЗ имеются 7 независимых каналов: канал №1... №7.

Как уже упоминалось выше для канала №1 нужно ввести эталонный код №1, для канала №2 нужно ввести эталонный код №2 и т. д. Выходной сигнал канала №1 поступает на контакт 1, соединителя. Выходные каналы сигналов сразу после подачи питания имеют уровень лог.1. Интерфейс устройства включает в себя: индикацию (дисплей) из цифровых семисегментных индикаторах HG1...HG5, и клавиатуру -кнопки S1...S8. Кнопки клавиатуры устройства имеют следующее назначение:

  • S1...S6 - кнопки для ввода кода доступа. Данные кнопки обозначены цифрами от "1" до "6". Вводимый код индицируется на дисплее устройства;
  • S7 ( К) - кнопка выбора каналов №1...№7. Если выбран канал №1 на индикаторе HG5 индицируется цифра "1", если выбран канал №2 на индикаторе HG5 индицируется цифра "2" и т. д.
  • S8( 3/Р ) - кнопка выбора режима работы: "запись" или "рабочий режим" для каналов №1...№7. В режиме "запись" на дисплее в четвертом разряде (индикатор HG4) будет индицироваться точка h.

На 5 разрядном дисплее отображается вводимый код и число (разряд HG5), которое определяет активированный канал. Всего в алгоритме работы ПКЗ можно выделить 14 режимов работы. Приведем их.

  • Режим №1 - режим ввода рабочего кода №1. В случае совпадении рабочего( вводимого) и эталонного кодов сигнал КАНАЛ №1 (контакт 1, соединитель X1) на 5 с устанавливается уровень лог.0.
  • Режим №2...№7- данные режимы поалгоритму работы аналогичны режиму №1. Режим №2 для сигнала КАНАЛ №2, режим №3 для сигнала КАНАЛ №3 и т. д.
  • Режим №8 - режим ввода (записи) эталонного кода №1. В данном режиме канала №1 эталонный код записывается в EEPROM микроконтроллера.
  • Режим №9 ...№14 - данные режимы по алгоритму работы аналогичны режиму №8. Режим №9 для канал №2, режим №10 для канал №3 т. д.

Принципиальная схема кодового замка на микроконтроллере ATtiny2313

Рис. 1. Принципиальная схема кодового замка на микроконтроллере ATtiny2313.

Алгоритм работы ПКЗ следующий. В рабочем режиме, сразу после подачи питания, на дисплее индицируется число 00001. Микроконтроллер DD1 ждет ввода четырехразрядного кода. Вначале необходимо записать эталонный код для каждого канала.

Кнопкой S8( 3/Р ) выбираем режим "запись".

Вводимый с клавиатуры код для канала №1, микроконтроллер индицирует на дисплее и записывает в ОЗУ. После ввода четырехразрядного кода, необходимо нажать любую кнопку из S1...S6. Код индицируемый на дисплее запишется в EEPROM-память микроконтроллера и будет эталонным для канала №1. После записи на дисплее снова в разрядах HG1...HG4 индицируются нули.

Кнопкой S7 (К) выбираем канал и проделываем аналогичные операции как для канала №2 и т. д.. Для выхода из режима записи нужно нажать кнопку S8, точка h в четвертом разряде (индикатор HG4) - погаснет. Устройство готово к работе. В таблице 1 приведено функциональное назначение каждого канала ПКЗ в устройстве.

Микроконтроллер ждет ввода четырехразрядного кода. Пусть выбран канал №1. Вводимый с клавиатуры четырехразрядный код, микроконтроллер индицирует на дисплее и записывает в ОЗУ.

После ввода пятого разряда (после ввода четвертого разряда нужно нажать любую кнопку из S1... S6), микроконтроллер побайтно сравнивает его с четырехразрядным кодом, записанным в EEPROM- памяти микроконтроллера (будем называть этот код - эталонным). Если в рабочем режиме вводимый код совпал с эталонным кодом, то микроконтроллер на пять секунд подает сигнал на включение канала (устанавливает лог.

О в выходном сигнале канала) и обнуляет дисплей. Через пять секунд микроконтроллер выключает механизм открывания замка (устанавливает лог.

1 на выводе 11 микроконтроллера) и обнуляет на дисплее разряды вводимого кода. Если вводимый код не совпал с эталонным кодом, то микроконтроллер сразу обнуляет дисплей (на дисплее индицируется число 00001) и не изменяет состояние выходного сигнала канала. Совершенно аналогично работают другие каналы для управления ПОУ №1, ПОУ №2, ПОУ №3.

Таблица 1.

№ канала Сигнал Функциональное назначение
Канал №1 Упр. КЗ Управление кодовым замком
Канал №2 Охрана 1 Поставить под охрану ПОУ №1
Канал №3 Снять охр 1 Снять с охраны ПОУ №1
Канал №4 Охрана 2 Поставить под охрану ПОУ №2
Канал №5 Снять охр 2 Снять с охраны ПОУ №2
Канал №6 Охрана 3 Поставить под охрану ПОУ №3
Канал №7 Снять охр 3 Снять с охраны ПОУ №3

Целесообразно, чтобы доступ к кнопке S8 был ограничен.

В программе используются два прерывания: Reset и прерывание таймера ТО, обработчик которого начинается с метки ТІМ0. При переходе на метку Reset инициализируются стек, таймер, порты, а так же флаги и переменные используемые в программе.

В обработчике прерывания таймера ТО осуществляется: процедура опроса кнопок S1...S8, функционирование динамической индикации, перекодировка двоичного числа в код для отображения информации на семисегментнных индикаторах устройства, а так же временной интервал длительностью пять секунд, необходимый для изменения выходных сигналов каналов (установка сигнала уровня логического 0 на выводах соединителя XI) и процедуры записи и чтения набранного кода в EEPROM-память микроконтроллера.

В ОЗУ микроконтроллера с адреса по адрес организован буфер отображения для динамической индикации. По адресу находится число, определяющее номер канала. С адреса по адрес -вводимый код. Эталонный код из EEPROM микроконтроллера переписывается в ОЗУ микроконтроллера по адресам с по адрес .

Флаги, задействованные в программе, находятся в регистрах R19 (flo) и R25 (flo1). На рис. 5 приведен фрагмент программы записи эталонного кода для канала №7.

Схема охранного устройства

Алгоритм работы ПОУ № 1 (принципиальная схема рисунок 2) следующий. Внешними (выносными) элементами по отношению к ПОУ являются семь концевых выключателей (S1...S7), которые позволяют контролировать состояние семи дверей с помощью индикаторов HL2...HL8. Один концевой выключатель контролирует состояние одной двери.

Если дверь закрыта - концевой выключатель разомкнут. Соответствующий индикатор - не горит (погашен).

Принципиальная схема охранного устройства

Рис.2. Принципиальная схема охранного устройства.

Схема электронного ключа для задвижки (на ток до 15А)

Рис. 3. Схема электронного ключа для задвижки (на ток до 15А).

Если дверь открыта - концевой выключатель замкнут. Соответствующий индикатор - периодически мигает. В интерфейс контроля и управления ПОУ входят: тумблер SA1, индикаторы HL1... HL9. Конструктивно, все вышеуказанные элементы целесообразно разместить на отдельной панели управления устройства.

Элементы интерфейса управления ПОУ имеют следующее назначение:

  • SA1 - тумблер включения сигнализации. При установке данного тумблера в положение "ВКЛ" - устройство ставится под охрану. Устройство ставится под охрану, через ~ 10 сек. с момента установки тумблера SA1 в положение "ВКЛ" из положения "ВЫКЛ". После установки устройства под охрану, сигнализация срабатывает через ~ 10 сек с момента замыкания любого концевого выключателя S1...S8;
  • HL1 - индикатор активации режима охраны. Если устройство находится в режиме "охрана", данный индикатор - горит, если в режиме " контроль состояния дверей" данный индикатор - погашен;
  • HL9 - функциональный индикатор микроконтроллера DD1. Данный индикатор периодически мигает, сразу после подачи питания на устройство. Мигающий индикатор HL9 указывает на то, что микроконтроллер DD1 "не завис", а функционирует по заданному алгоритму.

ПОУ построена на микроконтроллере DD1, рабочая частота которого задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц. К порту РЗ микроконтроллера DD1 подключены тумблер SA1, пьезоэлектрический излучатель ВА1, индикатор HL1, ключи на транзисторах VT1...VT4. К порту Р1 микроконтроллера DD1 подключены концевые выключатели S1...S7 и индикаторы HL2...HL9.

Питание на данные индикаторы поступает через ключ на транзисторе VT5, который управляется с вывода 19 микроконтроллера DD1. Резисторы R13...R20 - токоограничительные для, индикаторов HL2...HL25. Резистор R10 - токоограничительный для индикатора HL1.

Реле К1, К2 управляются соответственно с выводов 2, 3 DD1.

Спустя 10 сек с момента подачи лог. 0 на вывод 3 микроконтроллера DD1- ПОУ ставится под охрану. Для этого необходимо установить тумблер SA1 в положение "ВКЛ" или установить прямой выход D-триггера DD2( вы вод 5 DD2) в лог. 0. Рассмотрим работу устройства в данном режиме.

Если включится любой из концевых выключателей S1...S7 ( будет открыта любая дверь) то на соответствующем выводе порта Р1 микроконтроллера DD1 будет присутствовать сигнал уровня логического 0. Через ~ 10 сек. с момента замыкания концевого выключателя включится звуковая сигнализация (пьезоэлектрический излучатель ВА1).

При этом на выводе 3 микроконтроллер DD1 установит уровень логического 0 (Включится реле К2). Реле К1 будет периодически включаться и выключаться с периодом ~ 1 сек ( на выводе 2 микроконтроллера DD1 выходной сигнал будет иметь форму меандра).

Сигнализация включится и в том случае если любой из концевых выключателей S1...S7 включится на короткое время (например, открыть и тут же закрыть дверь форточку). Сигнализация выключается установкой тумблера SA1 в положение "ВЫКЛ" или установкой прямого выхода D-триггера DD2 в лог. 1. Доступ к тумблеру SA1 целесообразно ограничить.

Пусть тумблер SA1 установлен в в положение "ВЫКЛ. Тогда при открывании дверей будут только периодически мигать соответствующие индикаторы. При этом, при открывании одной двери, в течении 2 сек. будет работать звуковая сигнализация (пьезоэлектрический излучатель ВА1).

К контактам реле К1, К2 можно подключить различные исполнительные механизмы или их цепи управления (механизм блокировки дверей, ревун и т. д.). Разработанная программа на ассемблере занимает всего-то порядка 0,4 КБайт памяти программ микроконтроллера.

Связка модулей

Рассмотрим теперь алгоритм работы ПКЗ с ПОУ №1 (далее ПОУ). ПОУ подключена к ПКЗ в соответствии с схемой подключения (рисунок 4). Тумблер SA1 ПОУ установлен в положение "ВЫКЛ". Сразу после подачи питания сигнал с RC-цепочки (R9, С1) устанавливает прямой выход D-триггера (выв. 5 DD2) в лог. 1. Сигналы на контактах соединителя XI "охрана 1" и "снять охр. 1" имеют уровень лог. 1. На дисплее ПКЗ индицируется число 0001.

Для постановки ПОУ под охрану необходимо набрать код постановки под охрану ПОУ на клавиатуре ПКЗ. И если код набран верно (совпал с эталонным) на 5 сек сигнал "охрана 1" устанавливается в лог. 0. Этот сигнал устанавливает прямой выход D-триггера DD1 в лог. 0. С этого момента через ~10 сек. ПОУ переходит в режим охраны. При этом на выводе 3 регистра DD2 в режиме охраны постоянно присутствует сигнал уровня лог. 1.

Схема подключения модулей кодового замка и охранного устройства в систему

Рис. 4. Схема подключения модулей кодового замка и охранного устройства в систему.

Для снятия с охраны, необходимо на клавиатуре ПКЗ набрать код снятия с охраны ПОУ. И если код набран верно, (совпал с эталонным) на 5 сек сигнал "снять охр. 1" устанавливается в логический 0. Этот сигнал устанавливает прямой выход D-триггера DD2 (выв. 5 DD2) в лог. 1. Микроконтроллер DD1 ПОУ сразу отключает звуковую сигнализацию (если она была включена) и исполнительное устройство подключенное к реле К1. Совершенно аналогично ставится и снимается с охраны ПОУ №2, ПОУ №3.

Разработанная программа на ассемблере для ПКЗ занимает всего порядка 0,7 Кб памяти программ микроконтроллера. Применены резисторы типа С2-ЗЗН подойдут любые другие с такой же мощностью рассеивания и погрешностью 5 %. Конденсаторы С1...С6, типа-К10-17а, С7 -К50-35. Соединитель X1 вилка типа WF-2. Соединитель X1 типа WF-10 (ответная часть - розетка HU-10).

Конденсатор С4 устанавливается между цепью +5V и общим проводником регистра DD1, соответственно С5 устанавливается между цепью +5V и общим проводником микроконтроллера DD1. Индикаторы FIG1...FIG4 типа HDSP-F501 зеленого цвета. Если нет необходимости в визуальном контроле на дисплее набираемого кода, то индикаторы HG1...HG4, транзисторы VT1...VT4 и резисторы R3...R20 вообще можно исключить. На работу устройства это не как не повлияет.

Фрагмент программы записи эталонного кода для канала №7

Рис. 5. Фрагмент программы записи эталонного кода для канала №7

Схема МУС для втягивания ригеля (задвижки) замка приведена на рисунке З. Схема построена на базе транзистора 2Т825А2 (максимальный ток коллектора до 15 А, корпус ТО-220) и транзисторной оптопары ЗОТ110Б. ЕІапряжение питания 24В. Конденсатор С1, типа К50-35.

В общем случае, схемное решение, для управления ригеля (задвижки) замка может быть другим и определяется параметрами исполнительных устройств подключенных к МУС.

Представленное устройство и его составные части, не требует никакой настройки и наладки. При правильном монтаже все начинает работать сразу, после подачи на него напряжения питания.

Прошивка и ПО для микроконтроллера: Скачать (6КБ).

Шишкин С. В. РК-2016-04.

Литература:

  1. С. В. Шишкин. Кодовый замок на базе микроконтроллера ATMEGA8535. Р2010-10.
  2. С. В. Шишкин. Защита программного обеспечения устройств разработанных на базе микроконтроллеров с EEPROM-памятью. РЛЦ2013-1.

0 2079 Кодовые у-ва
кодовый замок охранное устройство микроконтроллер
Написать комментарий:

cashback