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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fechadura eletrônica com chaves iButton. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Microcontroladores Há algum tempo, surgiu o projeto "TOUCH-MEMORY DS1990A SIMULATOR", ou seja, chave mestra. Agora sua atenção é convidada para a fechadura desta chave mestra :-). A fechadura tem um design simples e destina-se principalmente a uso individual. O bloqueio funciona com qualquer tipo de chave iButton, portanto, você pode usar as chaves existentes para outras finalidades. No total, até 9 chaves podem ser armazenadas na memória, embora esse número possa ser facilmente aumentado. Para autorizar o processo de programação, é utilizada uma chave mestra, cujo código é armazenado na ROM e não pode ser apagado ou alterado pelo procedimento normal de programação da fechadura.
Recentemente, os bloqueios se espalharam, cuja chave é um tablet eletrônico iButton (ou memória de toque) da Dallas Semiconductor. Essas fechaduras são frequentemente usadas nas portas de entrada, bem como dentro de muitas instituições. Além disso, as chaves do iButton costumam ser usadas para pagamentos em postos de gasolina e outros locais. Tantas pessoas já têm chaves iButton para alguma coisa. Portanto, ao projetar uma fechadura caseira, é racional usar as chaves que o usuário já possui. É exatamente isso que é feito na fechadura proposta: qualquer tipo de chave pode funcionar com ela, desde que seja utilizado apenas o número de série armazenado na ROM do iButton, que está em qualquer um de seus tipos. Além disso, o comando para ler este número é o mesmo para todos os tipos de chaves (33H). O código da família, que difere para diferentes tipos, pode ser qualquer um. É percebido como outro dígito do número de série. Deve-se notar que o tipo de chave mais barato é o DS1990A. O castelo foi projetado para uso individual e tem um design extremamente simples. Na porta da frente, do lado de fora, há apenas uma tomada para iButton e um LED de abertura de porta. A abertura das portas por dentro é realizada por meio de um botão. Como atuador, é utilizada uma trava padrão com um eletroímã, projetada para uma tensão de 12V. Os códigos-chave são armazenados em memória não volátil e podem ser excluídos e adicionados pelo usuário. Uma chave mestra é usada para proteger contra reprogramação não autorizada da fechadura. No total, 9 chaves podem ser armazenadas na memória. Este número é ditado pelas capacidades do indicador de 1 dígito do número da tecla programável. Se você também usar letras, poderá aumentar o número total de chaves para 15. Isso é feito alterando o valor da constante MAXK no programa. Da mesma forma, você pode reduzir o número máximo de chaves.
O diagrama esquemático da trava é mostrado na Figura 1. O design é baseado no microcontrolador U1 tipo AT89C2051 da Atmel. Um indicador de 1 segmentos está conectado à porta P7, que é usada ao programar chaves. O botão SB1 conectado à porta P3.7 também serve para as mesmas finalidades. Os números de série das chaves são armazenados na EEPROM U3 tipo 24C02, conectada às portas P3.4 (SDA) e P3.5 (SCL). O soquete iButton externo é conectado à porta P3.3 através do conector XP2 e elementos de proteção VD4, R3, VD5 e VD6. O resistor pull-up R4 é selecionado de acordo com a especificação de barramento de fio único. Paralelamente ao soquete externo, também é conectado um soquete interno XS1, que é usado para a programação das teclas. O botão de abertura da porta é conectado à porta P3.2 através do conector XP1 e os mesmos elementos de proteção do iButton. O atuador da fechadura é um eletroímã conectado via terminal XT1. O eletroímã é controlado pela chave VT3, que é usada como um poderoso transistor MOS do tipo IRF540. O diodo VD7 protege contra emissões de auto-indução. A chave VT3 é controlada pelo transistor VT2, que inverte o sinal vindo da porta P3.0 e fornece níveis de controle de 0/12 V na porta VT3. A inversão é necessária para que o atuador não funcione durante o reset do microcontrolador, quando houver um nível lógico na porta. Os níveis de controle de 12 volts possibilitaram o uso de um MOSFET convencional em vez do mais escasso de baixo limiar (nível lógico). Para indicar a abertura da fechadura, é utilizado um LED, que é controlado pela mesma porta do eletroímã, porém através de uma chave transistor VT1. O LED é conectado através do mesmo conector do iButton. Como o dispositivo deve operar ininterruptamente sem manutenção, um supervisor tipo U2 ADM1232 é instalado para melhorar a confiabilidade. Possui um watchdog integrado e um monitor de energia. Na porta P3.1, o microcontrolador gera pulsos periódicos para redefinir o temporizador de vigilância. O dispositivo é alimentado por uma fonte de alimentação integrada contendo um transformador T1, uma ponte retificadora VD9-VD12 e um estabilizador integral U4. Como fonte de energia de backup, é usada uma bateria BT1-BT10 de 10 baterias NiMH tamanho AA com capacidade de 800mAh. Quando o aparelho é alimentado pela rede elétrica, a bateria é carregada através do resistor R10 com uma corrente de aproximadamente 20mA, que é 0.025C. O modo de carregamento com uma pequena corrente é chamado de gotejamento (carga lenta). Neste modo, as baterias podem durar indefinidamente, não sendo necessário o controle do final do processo de carregamento. Quando as baterias estão totalmente carregadas, a energia que retiram da fonte de alimentação é convertida em calor. Mas como a corrente de carga é muito pequena, o calor gerado é dissipado no espaço circundante sem qualquer aumento perceptível na temperatura das baterias. Estruturalmente, o dispositivo é feito em um invólucro de 150x100x60mm. A maioria dos elementos, incluindo o transformador de potência, são montados em uma placa de circuito impresso. As baterias são colocadas em suportes de plástico padrão, que são fixados dentro do estojo próximo à placa. Em princípio, outros tipos de baterias também podem ser usados, como a bateria de ácido livre de manutenção de 12 volts usada em sistemas de segurança. A placa possui terminais tipo TB-2 para conectar um dispositivo de atuação, todos os outros circuitos externos são conectados por meio de conectores de tamanho pequeno com um passo de pino de 2.54 mm. Os conectores estão localizados na placa de circuito impresso e não são acessíveis pela parte externa do gabinete. Os fios saem do invólucro através de vedações de borracha. Como o indicador HG1, o botão SB1 e o soquete iButton XS1 são usados apenas durante a programação, eles são colocados na placa dentro do dispositivo. Isso simplifica o design da caixa e a torna mais protegida de influências externas. No painel lateral da caixa há apenas um LED de indicação de power-on do VD13. O esquema de conexões externas é mostrado na fig. 2.
Quando a porta é aberta, um pulso de 3 segundos é aplicado ao eletroímã. A lógica do dispositivo é tal que, se o botão de abertura da porta for pressionado, o eletroímã será energizado todo esse tempo e, consequentemente, a porta será aberta. A fechadura pode ter no máximo 9 chaves, mais uma chave mestra. Os códigos-chave são armazenados em memória não volátil sob números de 1 a 9. O código-chave mestre é armazenado na ROM do microcontrolador e não pode ser alterado. Programar novas chaves ou apagar as antigas só pode ser feito com uma chave mestra. Como outras chaves, a chave mestra pode ser usada para abrir a fechadura. Para programar uma nova chave, faça o seguinte: 1. Pressione o botão de programação.
Esquematicamente, o processo de programação de uma nova chave é mostrado na fig. 3.
Se você precisar programar várias teclas, poderá ir imediatamente do passo 9 ao passo 5 e repetir os passos 5 - 9 quantas vezes forem necessárias. Se, após a etapa 7, descobrir que o número errado foi selecionado, para evitar a perda do código-chave desse número, você pode pressionar o botão ou simplesmente aguardar 5 segundos. No primeiro caso, o número atual aumentará em um e o conteúdo da memória permanecerá inalterado. No segundo caso, ocorrerá uma saída completa do modo de programação sem alterar os códigos. Em geral, você pode sair da programação a qualquer momento se fizer uma pausa de mais de 5 segundos. Para apagar uma chave extra da memória, a sequência de ações permanece a mesma da programação, apenas todas as ações são executadas pela chave mestra. Aqueles. o processo de apagamento está realmente escrevendo o código da chave mestra para números não utilizados. Esquematicamente, o processo de apagar uma chave extra é mostrado na Fig. quatro.
Durante a programação, pode abrir a porta com o botão, mas a abertura com o iButton está bloqueada. Uma vez que as tomadas interna e externa são conectadas em paralelo, deve-se tomar cuidado para que durante a programação ninguém toque na tomada externa com nenhuma chave. O código da chave mestra é gravado na ROM dos programas do microcontrolador, a partir do endereço 2FDH. O comprimento do código é de 8 bytes. A sequência de números deve ser a mesma da caixa da memória de toque, você precisa ler da esquerda para a direita. Aqueles. no endereço 2FDH é inserido o valor do checksum, depois nos endereços 2FEH - 303H, seis bytes do número serial, começando pelo byte alto e, finalmente, no endereço 304H, o código da família. Por exemplo, o código como um todo pode ter a seguinte aparência: 67 00 00 02 D6 85 26 01. O programa de fechadura eletrônica possui um loop principal, cujo diagrama de blocos é mostrado na fig. 5. No loop principal, o soquete é pesquisado e, se uma chave for encontrada lá, seu código será lido. Em seguida, esse código é verificado e, se corresponder ao código da chave mestra ou de qualquer outra chave (chave do usuário) armazenada na memória, a fechadura é aberta. Também é verificado o estado do botão de abertura da porta e, se for detectado um toque, a fechadura também abre.
Existem duas sub-rotinas para tratamento de eventos relacionados com a programação: PROGT e PROGS, cujos diagramas de blocos são mostrados na fig. 6. O primeiro é chamado quando o código da chave é lido no modo de programação, o segundo - quando o botão de programação (NÚMERO) é pressionado. O processo de programação é dividido em 3 fases. Quando o botão NUMBER é pressionado, a programação é inserida, ou seja, transição para a fase 1. Neste caso, a letra "P" é exibida no indicador. Os códigos-chave que são lidos depois disso são verificados quanto à correspondência com o código-chave mestre, pois somente ele pode permitir que a programação continue. Se tal correspondência ocorrer, a transição para a fase 2 será realizada. O indicador exibe o número da chave atual, que o botão NUMBER pode alterar. Se um toque de tecla for registrado novamente, ocorrerá uma transição para a fase 3. Outro toque de tecla levará a armazenar seu código e retornar à fase 2. Ao pressionar o botão NUMÉRICO, você também pode retornar à fase 2, mas sem alterar o conteúdos da memória. Qualquer ação no modo de programação causa o reset do timer de retorno, que tem intervalo de 5 segundos e é verificado no loop principal. Se for detectado um reset deste temporizador, sai-se do modo de programação.
Mostrado na fig. Os fluxogramas 5 e 6 são bastante simplificados, mas permitem que você entenda a lógica geral da construção de um programa. O castelo descrito, é claro, não possui uma ampla gama de possibilidades. No entanto, é muito simples, o que facilita a repetição. O código-fonte aberto do programa permite melhorar o design de forma independente ou adaptá-lo a requisitos específicos. Download:
Autores: Ridiko Leonid Ivanovich, wubblick@yahoo.com, Lapitsky Viktor Petrovich, victor_lap@yahoo.com; Publicação: cxem.net
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