Digitální kombinační zámek!: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Vždycky mě zajímalo, jak fungují elektronické zámky, takže když jsem dokončil základní kurz digitální elektroniky, rozhodl jsem se, že si jeden postavím sám. A já vám pomůžu vybudovat si vlastní!

Můžete jej připojit k čemukoli od 1v do 400v (nebo možná více, které závisí na RELÉ), DC nebo AC, takže jej můžete použít k ovládání jiného obvodu nebo dokonce k elektrifikaci plotu !! (prosím, nezkoušejte to, opravdu nebezpečné) … Připojil jsem mini vánoční strom k výstupu (110 V), protože jsem ze své laboratoře nevzal sváteční dekoraci, takže to bylo v době, kdy jsem dokončil projekt.

Zde je několik obrázků hotového systému a také video, abyste viděli, jak funguje.

Krok 1: Jak to funguje?

Nejprve jsem přemýšlel, co je potřeba zpracovat a jak. Tak jsem nakreslil tento diagram jako mapu, která mě měla vést při stavbě každé části projektu. Zde je shrnutí toho, jak to funguje.

• Nejprve potřebujeme obvod k dekódování 10 možných vstupů (0-9) na jeho 4 výstupní BCD (binární kódované desetinné čárky) a další výstup, který nám řekne, kdy je stisknuto jakékoli tlačítko.
• Poté musíme vytvořit obvod, aby naše dva 7segmentové displeje fungovaly správně, se 4 vstupy pro číslo BCD a samozřejmě 7 výstupy pro naše displeje (použil jsem IC 74LS47)
• Poté obvod pro uložení každého stisknutého čísla a přepínání mezi displeji
• Stejně jako vnitřní paměť pro naše heslo
• A v srdci našeho zámku je komparátor (jeho 8 bitů, protože na displeji jsou 4 bity na číslici, což znamená, že pokud chcete udělat 4místný zámek, budete potřebovat dva z nich propojené dohromady.) Pokud jsou čísla na displejích stejná jako heslo uložené ve vnitřní paměti.
• A nakonec obvod pro udržení signálu OTEVŘENO nebo ZAVŘENO na neurčitou dobu a samozřejmě výstup (to je to, co chcete ovládat svým zámkem)

Krok 2: Materiály

Tady je vše, co budete potřebovat. POZNÁMKA: Převzal jsem většinu materiálů ze staré desky VCR, takže byly „zdarma“, díky čemuž byl tento projekt opravdu levný. Celkově jsem strávil asi 13 dll (většina IC stála 76 cnts, kromě D-ff (asi 1,15), protože jsem neměl IC, ale můžete si je nechat pro budoucí proyekty, jsou to skvělá investice. Komponenty:

• Spousta diod (asi 20) pro vytvoření jednosměrných připojení.
• Jeden NPN tranzistor (pro napájení cívky relé dostatečným proudem)
• Jedno relé (k ovládání připojeného zařízení)
• Jedna červená LED dioda (indikuje, že je systém ZAMKNUT)
• 14 tlačítek
• Spousta rezistorů (na odporu opravdu nezáleží, stačí jen nastavit piny IC na 1 nebo 0 [+ nebo -])
• Dva 7segmentové displeje.
• Hodně drátu !!

Integrované obvody:

• Dva 7432 (NEBO GATES) k sestavení DEC na BCD a komparátoru
• Dvě 7486 (XOR GATES) duše komparátoru.
• Dva ovladače displeje 7447
• Čtyři 74175 (4 D-FF) každý je paměť schopná pojmout 4 bity.
• Jeden 7476 (2 JK-FF) pro volič displeje a pro podržení signálu OPEN CLOSE.
• Jeden 7404 (NOT GATE) invertuje hodinový impuls pro volič displeje. (můžete použít instanční tranzistor NPN, protože potřebujete pouze jednu bránu (ic má 6).

Nástroje:

• 3 protoboardy (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Kleště
• Přesný nůž
• Napájení 5 V DC (napájí obvody)
• Napájení 12 V DC (napájí cívku relé)
• Napájení 120 V AC (napájí zařízení na výstupu)

POZNÁMKA: Použil jsem asi 8 stop drátu a v souvislosti s tím, při nákupu drahého protoboardního drátu, můžete koupit 3 stopy ethernetového kabelu, odizolovat jej a budete mít 8 nebo 9 vodičů, každý s jinou barvou a 3 stopy dlouhý. (přesně to dělám, protože běžný protoboardový drát je asi 10 stop za dolar. Ale za babku byste mohli mít 3,3 stopy ethernetového kabelu, takže byste skončili s asi 27-30 stopami!

Krok 3: Dec to BCD

Prvním krokem je vybudování vstupního systému, abyste mohli komunikovat se svým zámkem. Následující okruh jsem navrhl, abych dosáhl dvou hlavních cílů.

• Otočte libovolné z 10 čísel z (0-9) na jeho BCD (binární) protějšek. (Ve skutečnosti pro tento účel existuje integrovaný obvod, ale když jsem šel do svého místního elektronického obchodu, nebyl na skladě., Takže pokud dostanete ušetříte si spoustu času a starostí, ale myslím, že je to zábavnější)
• Možnost detekce při každém stisknutí tlačítka.

Abychom vyřešili první problém, měli bychom se podívat na tuto pravdivostní tabulku, abychom věděli, který výstup (ABCD) bude vysoký (1), když stiskneme každé tlačítko. 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 Tady je místo, kde se něco, co mám na Digitals rád, používá … Existuje mnoho způsobů, jak udělat jednu věc…. Je to jako matematika, můžete se dostat ke 3 sčítáním 1+2 nebo odčítáním 4-1 nebo 3^1…. Jinými slovy, pro dosažení stejného cíle můžete postavit spoustu různých obvodů, což nám usnadňuje současný úkol. Navrhl jsem tento obvod, protože jsem si myslel, že používá několik integrovaných obvodů, ale můžete si navrhnout vlastní! Teď vím, že se někteří možná škrábou na hlavách, aby zjistili, proč jsem použil tolik diod, tady je odpověď … Diody fungují jako jednosměrné připojení, takže v páru připojeném jako v mém obvodu, pokud existuje (1) napětí na své „kladné straně“povede proud, takže budeme mít napětí i na druhé straně, ale pokud je záporné nebo žádné napětí (0), bude se chovat jako otevřený obvod. Pojďme zkontrolovat chování těchto diod, nazveme první anodu diody (+) „E“a druhou anodu diody „F“a výstupem bude jejich připojená katoda „X“. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Můžete vidět, že se chováme úplně stejně jako OR BRÁNA, a pak: Proč nepoužívat pouze diody, tak ušetříte ještě více integrovaných Obvody a peníze?… Odpověď je jednoduchá a měli byste to opravdu vzít v úvahu, NAPĚTÍ NAPADLO KAŽDOU DIODOU. Normálně je to asi 0,65 V. Proč je to tak? Protože každá dioda potřebuje alespoň 0,6 V na své anodě a katodě, aby se její spojení přiblížilo, takže může začít vést. Jinými slovy, pro každou diodu, kterou připojíte a současně pracuje, ztratíte 0,65 V… to by nebyl velký problém, kdybychom zapínali pouze LED, ale pracujeme s TTL IC, to znamená, že potřebujeme alespoň více než 2 V. A když začínáme s 5 V.. To znamená, že připojení 5 diod způsobí poruchu v našem obvodu (integrovaný obvod by nebyl schopen rozlišit mezi 0v a méně než 2v …) Proto jsem nikdy nepoužil více než 2 diody na každém vstupu … POZNÁMKA: Musíte připojit odpor připojený k GND v každý vstup NEBO brány… Abych vyřešil druhý problém, přidal jsem do každého ABCD diodu 0 a 0 a spojil je dohromady, takže kdykoli je kterýkoli z nich 1, budete mít 1 na „Press“(P). Teď už zbývá jen postavit si ho na prkénko, nebo pokud chcete ušetřit více místa, můžete to udělat stejně jako já, vyvrtat díry do stavebního papíru a pájet diody a tlačítka tam … Pokud potřebujete několik dalších informací o Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Pokud potřebujete další informace o diodách:

Krok 4: Displeje

Tento krok je jedním z nejjednodušších, stačí pouze dekódovat vstupy ABCD k ovládání sedmisegmentového displeje … A naštěstí už existuje integrovaný obvod, který nám ušetří veškerou logiku, čas i prostor.

Pokud používáte displej se společnou anodou, budete potřebovat 7447.

Pokud používáte displej Common Cathode, budete potřebovat 7448.

Zapojení je stejné, takže v každém případě můžete použít mé schéma.

Vstupy ABCD pro každý IC pocházejí z výstupu každé paměti (paměti zkontrolujeme v dalším kroku)

Krok 5: Paměť

To je, kdybychom přešli z kombinační logiky na sekvenční logiku … Abychom vytvořili 4bitovou (ABCD) paměť, potřebujeme pro každý bit D-Flip Flop a v 74175 máme 4 z nich. Pamatujte, že každé číslo je zastoupeno v ABCD, takže každý 74175 může uložit jedno číslo. Další informace o tom, jak D-flipflop funguje a jak ukládá informace, naleznete na adrese: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Vstup prvních dvou pamětí (Data „D“) pochází z kodéru DEC na BCD, který jsme postavili na prvním kroku. Máme informace, které si každý uchová, ale kdy je uloží? Jedno samozřejmě uloží první vytočené číslo a druhé druhé vylisované číslo … Jak tedy tento efekt získáme? U jiného druhu FF (flip flop) JK, když jsou vstupy J i K vysoké, změní stav výstupů na svůj doplněk (negaci), jinými slovy budeme mít na „Q“1, pak 0, pak 1 znovu, pak 0 a tak dále. Tato Q a Q´ jsou hodinami pro paměti (co jim řekne, kdy uložit nová data.) Pulz, který určí, kdy je tato změna provedena, je „P“, které je vysoké, kdykoli stisknete libovolné číslo, ale uložte informace včas, budeme potřebovat opak, takže zde používáme NEBEZPEČNOU bránu. Jinými slovy, jakmile stiskneme tlačítko, jk ff změní svůj výstup, zapne první paměť, aby uložila data, pak znovu stiskneme a první stav záznamu do paměti bude vypnutý, ale druhá paměť uloží nová data! V tomto okamžiku jsem přidal resetovací tlačítko, které vrátí obě paměti (ABCD) zpět na 0 a vrátí volič displeje (jk ff) do první paměti. Další informace o JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Nyní … proč jsem řekl, že potřebujeme čtyři 74175? No, uložit heslo !! I když je možné pouze nastavit heslo pomocí rezistorů na GND nebo Vcc, bude vaše heslo statické a nebude možné jej změnit, pokud svůj zámek provedete na desce plošných spojů. S pamětí si tedy můžete uložit heslo a změnit ho tolikrát, kolikrát budete chtít. Vstupy budou výstupy paměti našich displejů, takže když kladný puls dosáhne svých hodin, budete zvládat jakákoli čísla na displejích. (paměti i hesla budou mít stejné informace). Pulz „nového hesla“bude samozřejmě k dispozici pouze tehdy, pokud jste již narušili správné heslo a otevřeli zámek. Celkově budeme mít úložnou kapacitu 2 bajty nebo 16 bitů !!

Krok 6: Srovnání

V tomto okamžiku máme systém, který je schopen uložit každé číslo, které stiskneme, na jeden displej a pak na druhé, a zkopírovat tyto informace do paměti hesel … stále nám chybí to podstatné, komparátor … jeden obvod, který bude tyto dva porovnávat (ABCD) zobrazovacích pamětí se dvěma (ABCD) paměťmi hesel.. Opět již existuje integrovaný obvod z rodiny TTL, který dělá veškerou špinavou práci, ale nebyl k dispozici v mém místním elektronickém obchodě. Tak jsem si postavil vlastní. Abychom pochopili, jak jsem to udělal, podívejme se na tabulku pravdivosti XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Všimněte si, že kdykoli A a a mají stejnou hodnotu, výstup je nízký (0). Pokud se tedy liší, budeme mít na výstupu 1. To znamená, že s jednou bránou XOR můžete porovnat 2 bity jedné paměti displeje a druhé paměti hesel. Na základě toho jsem postavil následující obvod, pamatujte, že si jej můžete postavit svým vlastním způsobem, protože v digitální elektronice existuje mnoho způsobů, jak se dostat ke stejné odpovědi. Tento obvod zabírá 8 bitů pamětí displeje (jeden bit na XOR, protože druhý vstup by měl být použit s pamětí hesel) a 8 bitů pamětí hesel (jeho 1 bajtový komparátor). A dodá pouze jeden výstup. pokud a pouze pokud jsou informace v obou pamětech displeje stejné jako informace v pamětech hesel, budeme mít (0) nízký výstup. Jinými slovy, pokud se informace o obou sadách pamětí liší, dokonce i na 1 bit, výstup bude vysoký (1).

Krok 7: Otevřít/zavřít

Konečně poslední část, máme téměř hotovo! Brzy budete moci zamknout jakékoli zařízení nebo elektrifikovat jakýkoli plot, (Prosím, ne!) Nyní vezmeme poslední bit informací a přerušíme je stisknutím tlačítka, takže pokud někdo omylem napíše správné heslo, zámek se neotevře. (Tomuto tlačítku říkám „vstoupit“, opravdu chytré, co!) Vstup R, uložte jej a Q na 1, pokud je na vstupu S 0. Další informace o západce RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Připojil jsem "Q" k červenému LED znamenajícímu zámku nebo že ovládané zařízení je VYPNUTO. A „Q´“k tranzistoru, který dodá relé dostatečný proud k jeho zapnutí a zapnutí ovládaného zařízení. „Q´“bylo připojeno k tlačítku (to jsem z obézních důvodů nazval tlačítko pro nové heslo), takže když stisknete toto tlačítko, uzavřete obvod mezi Q´ a hodinovým vstupem pro paměť hesel. Pokud je Q´ Low (systém uzamčen), nic se v paměti hesel po stisknutí tlačítka nezmění, ale pokud je High (systém Open), hodiny se aktivují a paměti hesel zkopírují informace do pamětí displeje. (Změna Heslo). A připojil odpor na GND a na tlačítko (tlačítko zámku) a odtud na vstup S, takže kdykoli jej stisknete, systém zamknete. No, i když jsem si mohl koupit klopný obvod RS jen pro tento účel, stále mi zbyl jeden JK ff z mého 7476. A protože vstupy R a S jsou asincronous, nemusíme se starat o hodiny. Takže jednoduše zapojte věci podle schématu (jak jsem to udělal já). Buďte opatrní, když připojíte relé k AC, použijte dostatek izolační pásky.. Při práci se stovkami voltů nechcete zkrat! Po propojení všech věcí dohromady… jsme konečně hotovi !!! Neváhejte komentovat jakoukoli otázku nebo navrhnout, pokud si všimnete jakéhokoli problému nebo chyby, nepochybujte o tom. Jsem tu, abych pomohl. Myslím tím dobrý zámek, hodně štěstí s tím zámkem.