Кодовый замок на микроконтроллере. Схема и описание. Кодовый замок на микроконтроллере PIC16F628A Как это работает
Ограничивать доступ посторонних лиц к ценной информации поможет кодовый замок. Один из вариантов реализации кодового замка на микроконтроллере приведён в данной статье.
На рисунке ниже изображена схема кодового замка. Ядром схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Алгоритм выполнения основных команд изображен на рисунке 2. Код программы написан на языке ассемблер, смотреть листинг CL\16F628ATEMP.ASM. Прибор управляется одной кнопкой. Нажатием на кнопку добиваются последовательной смены режимов работы прибора. Звуковое сопровождение нажатия кнопки обеспечивает пьезоизлучатель звука. Для визуального отображения информации служит дисплей со встроенным контроллером.
Полный цикл внутрисхемного программирования и отладки микроконтроллера PIC16F628A был осуществлён при помощи (интегрированная среде разработки), компилятор MPASM v5.22 (входит в MPLAB IDE v8.15) и MPLAB ICD 2 (внутрисхемный отладчик - «Дебагер»). Для тех, кто не располагает средствами приведёнными выше, а имеет свою программу для работы с HEX файлами и иной программатор, можно в соответствующем проекте найти файл 16F628ATEMP.HEX. Техническую спецификацию микроконтроллера можно найти на сайте и .
Микроконтроллер DD1 имеет функциональные выводы RA0, RB0 – RB7, CCP1, которые служат для ввода и вывода информации. Микроконтроллер DD1 не имеет функции принудительного сброса, вывод для сброса подключен через резистор R1 к положительному потенциалу питания. Для генерации тактовой частоты используется встроенный RC-генератор на кристалле.
К выводу RA0 через токоограничивающий резистор R3 подключена тактовая кнопка SB1. В отжатом положении тактовой кнопки SB1 резистор R7 имитирует низкий логический уровень. Микроконтроллер DD1 распознаёт три состояния тактовой кнопки SB1:
- Не нажата;
- Нажата кратковременно (менее 1 с);
- Нажата и удерживается (более 1 с).
Пьезоизлучатель звука P1 помогает различать состояния тактовой кнопки SB1. Так при 1 состоянии генерации звука не происходит, при 2 состоянии звук генерируется до того момента пока микроконтроллер не распознает 3 состояние, а в 3 состоянии генерации звука не происходит.
Для отображения информации используется жидкокристаллический дисплей HG1. Техническую спецификацию дисплея можно найти на сайте . Он имеет контроллер, в котором реализована функция знакогенерации. Отображает две строки по шестнадцать символов в каждой. Управление дисплеем осуществляется через выводы микроконтроллера RB0, RB1, RB4 – RB7. Загрузка данных происходи полубайтами, через выводы RB4 – RB7. «Защёлка» - RB1. Выбор регистра сигнала формируем на выводе RB0. Резисторами R5 и R6 устанавливаем контрастность дисплея HG1. Подсветка дисплея подключена к питанию через токоограничивающий резистор R4. Дисплей HG1 прикручивается к плате 3 x 15 мм латунными стойками и 3 x 6 мм винтами.
Формированием логики на RB2 добиваются открытия или закрытия полевого транзистора VT1 , который включает и выключает подключенный к клеммнику X1 электрический замок. Электрический замок должен быть рассчитан на рабочее напряжение 9-15 В и потреблять ток не более 1 А. При подачи напряжения на электрический замок должен открываться, при отсутствии напряжения блокируется (закрывается).
К выводу CCP1 (аппаратная реализация ШИМ, частота 4 кГц, скважность 2) через токоограничивающий резистор R2 подключен пьезоизлучатель звука P1 с рабочей частотой генерации звука 4 кГц.
Прибор запитывается от переменного или постоянного источника напряжения, подключаемого к разъему X2. Номинальное напряжение источника питания 9 – 15 В. Номинальный ток источника питания 1 А. Для стабилизации питания используется обычная схема из диодного моста VD1, линейного стабилизатора DA1, фильтрующих конденсаторов C1 – C4.
Прибор может эксплуатироваться в диапазоне температур от –20 °С до +70 °С.
Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что имеет одиннадцать рабочих состояний.
- При включении прибора происходит чтение энергонезависимой памяти данных EEPROM, где происходит выгрузка данных состояния замка и кода. Прибор открывает или закрывает электрический замок согласно прочитанному регистру состояния замка. Прибор переходит в состояние где отображает статистику кодирования, т.е. 2.
- В данном состоянии прибор в верхней строке выводит на дисплее надпись «Stat. Стат.» и в нижней строке отображает статистику кодирования, а именно число кодирований и число декодирований*. После кратковременного или удерживаемого нажатия тактовой кнопки прибор руководствуясь регистром о состоянии замка переходит в состояние кодирования если замок открыт, т.е. 3 и переходит в состояние декодирования если замок закрыт, т.е. 4.
- Прибор выводит в верхней строке на дисплее надпись «Code Код» и переходит в состояние где происходит ввод кода (подпрограмма «Ввод кода»), т.е. 5. Происходи инкрементирование счётчика числа кодирований. Прибор переходит в состояние где меняет состояние замка, закрывая его, т.е. 9.
- Прибор выводит в верхней строке на дисплее надпись «Decode Д.код» и переходит в состояние где происходит ввод кода (подпрограмма «Ввод кода»), т.е. 5. Происходи инкрементирование счётчика числа декодирований. Прибор сравнивает введённый код с кодом сохранённым в энергонезависимой EEPROM памяти. Если код совпадает тогда прибор переходит в состояние где меняет состояние замка, открывая его, т.е. 10, а если код не совпадает переходит в состояние где выводит информацию о ошибке, т.е. 11.
- В нижней строке дисплея квадратными скобками выделяется первая цифра четырехзначного кода. Кратковременным нажатием на тактовую кнопку происходит инкрементирование регистра вводимой цифры**. Если тактовая кнопка нажата и удерживается более 1 с, то прибор переходит в состояние где происходит выбор второй цифры кода, т.е. 6.
- В нижней строке дисплея квадратными скобками выделяется вторая цифра четырехзначного кода. Кратковременным нажатием на тактовую кнопку происходит инкрементирование регистра вводимой цифры**. Если тактовая кнопка нажата и удерживается более 1 с, то прибор переходит в состояние где происходит выбор третей цифры кода, т.е. 7.
- В нижней строке дисплея квадратными скобками выделяется третья цифра четырехзначного кода. Кратковременным нажатием на тактовую кнопку происходит инкрементирование регистра вводимой цифры**. Если тактовая кнопка нажата и удерживается более 1 с, то прибор переходит в состояние где происходит выбор четвёртой цифры кода, т.е. 8.
- В нижней строке дисплея квадратными скобками выделяется четвёртая цифра четырехзначного кода. Кратковременным нажатием на тактовую кнопку происходит инкрементирование регистра вводимой цифры**. Если тактовая кнопка нажата и удерживается более 1 с, то прибор переходит в состояние на то место откуда запрашивалась подпрограмма «Ввод кода», т.е. 3 или 4.
- Прибор закрывает замок и сохраняет состояние замка и код. В верхней строке выводит на дисплее надпись «Saving Сохран.» и в нижней строке четырёхзначный код. Далее прибор переходит в состояние где отображает статистику кодирования, т.е. 2.
- Прибор открывает замок и сохраняет состояние замка и код. В верхней строке выводит на дисплее надпись «Saving Сохран.» и в нижней строке четырёхзначный код. Далее прибор переходит в состояние где отображает статистику кодирования, т.е. 2.
- В верхней строке выводит на дисплее надпись «Error Ошибка» и в нижней строке четырёхзначный код. (Фото 4) После кратковременного или удерживаемого нажатия тактовой кнопки прибор переходит в состояние где отображает статистику кодирования, т.е. 2.
*После переполнения счётчика (больше 65535) происходит обнуление и счёт начинается заново, что приводит к сбою в статистике, в том смысле, что число кодирования может быть больше числа декодирований. Таким образом, рекомендуется обесточить прибор для сброса счётчиков.
**При инкрементировании цифры 9 происходит обнуление.
Конечно, не смотря на то что у микроконтроллера защищена от внутрисхемного чтения EEPROM память (задано в конфигурации) с помощью и MPLAB ICD внутрисхемно прочитать и узнать пароль, а следовательно и включить электрический замок не получится. Остаётся более простой способ вскрытия – непосредственно на прямую подать напряжение на электрический замок. Делаю вывод, прибор «кодовый замок» и электрический замок должны быть надёжно защищены от проникновения посторонних лиц. В свободном доступе должна быть кнопка и дисплей.
Стоит отметить, что прибор можно обесточивать, всё равно в энергонезависимой EEPROM памяти после ввода кода сохраняется состояние замка и код. Обесточивать прибор во время сохранения кода в энергонезависимой EEPROMпамяти запрещено.
Стоит обратить внимание на одну важную деталь в работе прибора. При включении прибора он может кратковременно открывать электрический замок (на время мене 1 с), не смотря на то, что в энергонезависимой EEPROM памяти сохранено закрытое состояние электрического замка. Мной при симуляции выполнения программного кода в среде MPLAB IDE данная ошибка не была выявлена. При неожиданном обесточивании прибора во время сохранения кода в энергонезависимой EEPROM памяти можно некорректно сохранить код и восстановить его не удастся, что приведёт к повторному программированию микроконтроллера. Отсюда следует рекомендация о необходимости стабильного и (или) резервного питания прибора. GB1 – резервное питание.
Файлы для изготовления печатной платы смотреть в папке .
В данном устройстве можно заменить следующие детали. Микроконтроллер DD1 из серии PIC16F628A-I/P-xxx с рабочей тактовой частотой 20 МГц в корпусе DIP18. Дисплей HG1 подойдет любой из серии WH1602x. Стабилизатор напряжения DA1 отечественный КР142ЕН5А (5 В, 1.5 А). Полевой MOSFET транзистор VT1 (N-канал) в корпусе I-Pak (TO-251AA), подойдёт аналог номинала указанного на схеме. Пьезоизлучатель звука P1 с рабочей частотой генерации звука 4 кГц. Диодный мост VD1 можно применить любой из серии 2Wxx. Разъём питания X2 аналогичный указанному на схеме с центральным контактом d=2.1 мм. Неполярные конденсаторы С1 и С2 номиналом 0.01 – 0.47 µF x 50 V. Электролитические конденсаторы С3 и С4 ёмкостной номинал тот же, а напряжение не ниже указанного на схеме.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | МК PIC 8-бит | PIC16F628A | 1 | В блокнот | ||
| DA1 | Линейный регулятор | L7805AB | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | MOSFET-транзистор | IRLU024N | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Диодный мост | 2W10 | 1 | В блокнот | ||
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N5403 | 1 | В блокнот | ||
| С1, С2 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| С3 | 470 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | |||
| С4 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ 10 В | 1 | В блокнот | ||
| R1, R6 | Резистор | 10 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 240 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 470 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор |
Alan Parekh
Данная конструкция отличается простотой схемотехнического решения, для ввода кода используется лишь одна кнопка, которую необходимо нажать определенное, в соответствии с цифрой кода, количество раз, соблюдая выдержку паузы при вводе следующей цифры. Количество цифр в коде - 4. Для повышения секретности можно разместить клавиатуру, в которой будет активна лишь одна кнопка для ввода кода. В случае ввода правильного кода, система активирует реле, однако возможна настройка под другие функции при активации системы, для этого потребуется перейти в режим программирования устройства.
Устройство может применяться в системах управления гаражными воротами, в системе управления освещением, в охранных системах.
Принципиальная схема устройства
Основным элементом схемы является микроконтроллер PIC16F628A , который отслеживает нажатие кнопки, визуально оповещает пользователя о приеме команды, управляет состоянием реле. Для визуализации используется светодиод, который подключен параллельно с кнопкой для ввода кода, что позволяет использовать лишь два провода для установки и подключения кнопки в необходимом месте.
Для питания устройства потребуется источник питания 12 В, в схеме установлен регулятор напряжения LM7805 . Светодиод D3 свидетельствует о подаче питания.
Система имеет два режима работы: обычный режим и режим программирования. В обычном режиме устройство выполняет свою основную задачу - отслеживает нажатия кнопки и реагирует при правильном вводе кода. В режиме программирования производится настройка основных параметров системы: код, время активации, режим работы.
Для изменения режима работы (обычный/программирование) используется переключатель JP1. При выключенном переключателе - обычный режим работы, при включенном - режим программирования (настройки). Следует заметить, что вход в тот или иной режим осуществляется при подаче питания (состояние переключателя проверяется микроконтроллером при подаче питания). Поэтому для входа в режим настройки необходимо установить переключатель и подать питание, для выхода из режима - отключить переключатель, выключить и затем включить питание.
Для ввода кода вида 1234, последовательность действий следующая:
- нажать кнопку 1 раз;
- дождаться визуального подтверждения светодиодом на кнопке (светодиод мигнет один раз);
- нажать кнопку два раза;
- нажать кнопку три раза;
- дождаться визуального подтверждения светодиодом на кнопке;
- нажать кнопку 4 раза.
После ввода четвертой цифры система будет функционировать в соответствии с установленным режимом работы. Если был введен неверный код, пользователь увидит визуальное оповещение (мигание светодиода).
Для установки параметров замка используется режим программирования. В этом режиме для перехода между опциями кнопка нажимается и удерживается в течении 3 секунд. После отпускания кнопки будет выполнен переход в следующий пункт меню, при этом светодиод количеством вспышек укажет, в каком пункте меню вы находитесь (например, вспышка, вспышка, пауза, вспышка, вспышка, пауза,… - означает, что выбран второй пункт меню).
Опции меню:
- Изменение кода - используется для изменения пользовательского кода. Для изменения код вводится также, как и в обычном режиме работы. Когда новый код будет сохранен, светодиод сообщит об этом частыми вспышками;
- Изменение времени активации - используется для изменения времени активного состояния. Нажатие кнопки один раз в этом меню изменяет это время на 1 с. Например, если необходимо время 10 секунд, то необходимо нажать кнопку 10 раз. Когда параметры будут сохранены, светодиод сообщит об этом частыми вспышками.
- Выбор режима работы - используется для изменения режима управления реле. Имеется два режима работы: активация реле при введении правильного кода и смена состояния реле (активация/деактивация) при вводе правильного кода. При выборе второго режима устройство будет действовать так: если реле активировано и вводится верный код, то реле деактивируется, при следующем вводе верного кода реле активируется. Для изменения режима работы: нажмите кнопку один раз для выбора первого режима и два раза для выбора второго режима.
Все параметры хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера.
Схема собрана на двухсторонней печатной плате.
Для увеличения кликните на изображение
Загрузки
Hex-файл для программирования микроконтроллера -
- Собрал, прошил, работает! Плату развел однослойную.
- как пршивал(зарание СПАСИБО)
- прошивал icprog105D программой, а програматор делал давно и как он называется уже не помню. Но проблем при прошивке не было. Я эту схему и в протеусе собирал она у меня и там работала.
- Выложи модель в Proteus.
- В архиве схема, анимация, и печатка в Proteus 7.7 SP2(Сборка9151) Уровень3. На печатной плате, реле взято с какой то сигнализации от авто, и модель для протеуса, сделана мной а схема аниме, это то что собственно можно запустить и проверить работу схемы в целом. Светодиод вместо реле поставил для наглядности.
- Идея сделать замок на МК неплохая, только набор шифра неудобен. Представь что нужно набрать 9 сколько раз нажимать нужно. Нужен однорозрядный индикатор, держишь кнопку до появления нужной цифры, отпускаешь, и цифра запоминаеться или опознается в зависимости от режима. Жаль что программировать не могу ато бы занялся этим. Все попытки самостоятельно изучить, пока не увенчались успехом. Модель скачал.
- А как вам такой, простой кодовый, и совсем без кнопок на двери http://shema.org.ua/forum/index.php?...&st=0#entry781
- Замок оригинальный, но можно потерять брелок и не попасть за дверь охраняемую замком. А вот с единственной кнопкой! Её трудно потерять, но еще труднее найти! Код вводить долго, но если придумать использовать его как второй, резервный так сказать! В случае банально простом, Захлопнули двери, а ключи остались за дверьми. И вот эта конструкция, с одной кнопкой поможет! А вот кнопки может и не быть, роль кнопки выполнит ручка той же двери, захлопнувшейся. Дальше не буду разъеснять, и так понятно.
- Конечно можно и потерять, а можно и у соседей оставить, как в старые добрые времена:) код не говорить только.