Digitálny kombinovaný zámok !: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Vždy ma zaujímalo, ako fungujú elektronické zámky, takže keď som dokončil základný kurz digitálnej elektroniky, rozhodol som sa, že si jeden zostrojím sám. A pomôžem vám vybudovať si vlastné!

Môžete ho pripojiť k čomukoľvek od 1v do 400v (alebo možno viac, čo závisí od RELÉ), DC alebo AC, takže ho môžete použiť na ovládanie iného obvodu alebo dokonca na elektrifikáciu plotu !! (prosím, neskúšajte to, naozaj nebezpečné) … Na výstup (110 V) som pripojil mini vianočný strom, pretože som sviatočné dekorácie neodniesol z môjho laboratória, takže to bolo v čase, keď som dokončil projekt.

Tu je niekoľko fotografií hotového systému a tiež video, aby ste videli, ako funguje.

Krok 1: Ako to funguje?

Najprv som premýšľal, čo je potrebné spracovať a ako. Preto som nakreslil tento diagram ako mapu, aby ma sprevádzal pri zostavovaní každej časti projektu. Tu je súhrn toho, ako to funguje.

• Najprv potrebujeme obvod na dekódovanie 10 možných vstupov (0-9) na jeho 4 výstupné BCD (binárne kódované desatinné miesta) a ďalší výstup, ktorý nám povie, kedy je stlačené akékoľvek tlačidlo.
• Potom musíme vytvoriť obvod, aby naše dva 7-segmentové displeje fungovali správne, so 4 vstupmi pre číslo BCD a samozrejme 7 výstupmi pre naše displeje, (použil som IC 74LS47)
• Potom obvod na uloženie každého stlačeného čísla a prepínanie medzi zobrazeniami
• Rovnako ako vnútorná pamäť pre naše heslo
• A v srdci nášho zámku je komparátor (jeho 8 bitov, pretože na displeji sú 4 bity na číslicu, čo znamená, že ak chcete urobiť 4 -miestny zámok, budete potrebovať dva z nich spojené dohromady.) nás, ak sú čísla na displejoch rovnaké ako heslo uložené vo vnútornej pamäti.
• A nakoniec obvod na udržanie signálu OTVORENÉ alebo ZATVORENÉ na neurčitý čas a samozrejme výstup (to je to, čo chcete ovládať svojim zámkom)

Krok 2: Materiály

Tu je všetko, čo budete potrebovať. POZNÁMKA: Väčšinu materiálov som vzal zo starej dosky VCR, takže boli „zadarmo“, vďaka čomu bol tento proyect skutočne lacný. Celkovo som minul asi 13 dll (väčšina IC stála 76 CNT, okrem D-ff (asi 1,15), pretože som nemal IC, ale môžete si ich nechať pre budúce projekty, sú to skvelé investície. Komponenty:

• Veľa diód (asi 20) na vytvorenie jednosmerných spojení.
• Jeden NPN tranzistor (na napájanie reléovej cievky dostatočným prúdom)
• Jedno relé (na ovládanie pripojeného zariadenia)
• Jedna červená LED dióda (indikuje, kedy je systém ZAMKNUTÝ)
• 14 tlačidiel
• Veľa rezistorov (nezáleží na odpore, stačí nastaviť piny IC na 1 alebo 0 [+ alebo -])
• Dva 7-segmentové displeje.
• Veľa drôtu !!

Integrované obvody:

• Dva 7432 (ALEBO BRÁNY) na zostavenie DEC na BCD a komparátor
• Dve 7486 (XOR GATES) duše porovnávača.
• Dva ovládače displeja 7447
• Štyri 74175 (4 D-FF) každý z nich je pamäť schopná pojať 4 bity.
• Jeden 7476 (2 JK-FF) pre volič displeja a pre podržanie signálu OPEN CLOSE.
• Jeden 7404 (NEBEZPEČNÝ) obráti hodinový impulz pre volič displeja. (Môžete použiť vložený tranzistor NPN, pretože potrebujete iba jednu bránu (ic má 6).

Náradie:

• 3 protoboardy (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Kliešte
• Presný nôž
• Napájanie 5 V DC (napája obvody)
• Napájanie 12 V DC (napája cievku relé)
• Napájanie 120 V AC (napája zariadenie na výstupe)

POZNÁMKA: Použil som asi 8 stôp drôtu a v súvislosti s tým ohľadom nákupu drahého protoboardového drôtu by ste si mohli kúpiť 3 metre ethernetového kábla, odizolovať ho a budete mať 8 alebo 9 drôtov, každý s inou farbou a 3 stopy dlhé. (To je presne to, čo robím, pretože normálny protoboardový drôt je asi 10 stôp za dolár. Ale za babku by ste mohli dostať 3,3 stôp ethernetového kábla, takže by ste skončili s asi 27 až 30 stôp!

Krok 3: Dec na BCD

Prvým krokom je vybudovanie vstupného systému, aby ste mohli komunikovať so svojim zámkom. Nasledujúci okruh som navrhol s cieľom dosiahnuť dva hlavné ciele.

• Otočte ľubovoľné z 10 čísel z (0-9) na jeho BCD (binárny) náprotivok. (V skutočnosti na tento účel existuje integrovaný obvod, ale keď som išiel do svojho miestneho elektronického obchodu, nebol na sklade. Ak teda dostanete ušetrí vám to veľa času a problémov, ale myslím si, že takto je to zábavnejšie)
• Dokáže rozpoznať každé stlačenie tlačidla.

Aby sme vyriešili prvý problém, mali by sme sa pozrieť na túto tabuľku pravdy, aby sme vedeli, ktorý výstup (ABCD) bude vysoký (1), keď stlačíme každé tlačidlo. 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 Tu je miesto, kde sa niečo, čo mám na Digitals rád, používa … Existuje mnoho spôsobov, ako urobiť jednu vec …. Je to ako matematika, môžete sa dostať k 3 sčítaním 1+2 alebo odčítaním 4-1 alebo 3^1…. Inými slovami, môžete vytvoriť veľa rôznych obvodov na dosiahnutie rovnakého cieľa. To je niečo, čo nám uľahčuje súčasnú úlohu. Tento obvod som navrhol, pretože som si myslel, že používa niekoľko integrovaných obvodov, ale môžete si navrhnúť svoj vlastný! Teraz viem, že niektorí sa môžu škriabať po hlavách a pokúšať sa zistiť, prečo som použil toľko diód, takže tu je odpoveď … Diódy fungujú ako jednosmerné spojenie, takže v páre prepojenom ako v mojom obvode, ak existuje (1) napätie na „pozitívnej strane“bude viesť prúd, takže budeme mať napätie aj na druhej strane, ale ak existuje záporné alebo žiadne napätie (0), bude sa správať ako otvorený obvod. Skontrolujme správanie týchto diód, pričom prvú diódovú anódu (+) nazveme „E“a druhú anódu diódy „F“a na výstupe bude ich pripojená katóda „X“. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Môžete vidieť, že sa správame úplne rovnako ako brána ALEBO, a potom, Prečo nepoužiť iba diódy, tak ušetríte ešte viac integrovaných Okruhy a peniaze? … Odpoveď je jednoduchá a mali by ste to skutočne vziať do úvahy, NAPÁJANIE NAPADNUTÉ V KAŽDOM DIODE. Normálne je to asi 0,65 V. Prečo je to tak? Pretože každá dióda potrebuje na svojej anóde a katóde najmenej 0,6 V, aby sa jej spojenie priblížilo, takže môže začať viesť. Inými slovami, pre každú diódu, ktorú pripojíte a súčasne funguje, stratíte 0,65 V … to by nebol veľký problém, keby sme zapínali iba LED diódy, ale pracujeme s TTL IC, to znamená, že potrebujeme najmenej viac ako 2 V. A keďže začíname s 5 V.. To znamená, že pripojenie 5 diód spôsobí poruchu v našom obvode (integrovaný obvod by nedokázal rozlíšiť 0v a menej ako 2v …) Preto som na každom vstupe nikdy nepoužil viac ako 2 diódy … POZNÁMKA: Musíte pripojiť odpor pripojený na GND v každý vstup ALEBO brány … Na vyriešenie druhého problému som jednoducho pridal diódu ku každému ABCD a 0 a spojil ich dohromady, takže vždy, keď je ktorýkoľvek z nich 1, budete mať na „Press“(P) hodnotu 1. Teraz zostáva len postaviť ho na dosku, alebo ak chcete ušetriť viac miesta, môžete urobiť to isté, čo som urobil ja, vyvŕtať niekoľko dier do stavebného papiera a spájkovať diódy a tlačidlá … Ak potrebujete niekoľko ďalších informácií o logických bránach: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Ak potrebujete ďalšie informácie o diódach:

Krok 4: Displeje

Tento krok je jeden z najľahších, stačí len dekódovať vstupy ABCD na ovládanie sedemsegmentového displeja … A našťastie už existuje integrovaný obvod, ktorý nám ušetrí všetku logiku, čas a priestor.

Ak používate displej so spoločnou anódou, budete potrebovať 7447.

Ak používate displej Common Cathode, budete potrebovať 7448.

Zapojenie je rovnaké, takže v každom prípade môžete použiť moju schému.

Vstupy ABCD pre každý IC pochádzajú z výstupu každej pamäte (pamäte skontrolujeme v nasledujúcom kroku)

Krok 5: Pamäť

To znamená, že sme prešli z kombinačnej logiky na sekvenčnú logiku … Na výrobu 4-bitovej (ABCD) pamäte potrebujeme iba D-Flip Flop pre každý bit a v 74175 ich máme 4. Pamätajte si, že každé číslo je reprezentované v ABCD, takže každý 74175 môže uložiť jedno číslo. Ďalšie informácie o tom, ako D-flipflop funguje a ako ukladá informácie, nájdete na stránke: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Vstup prvých dvoch pamätí (Údaje „D“) pochádza z kodéra DEC až BCD, ktorý sme postavili na prvom kroku. Máme informácie, že každý z nich bude uchovávať, ale kedy to uložia? Jedno samozrejme uloží prvé stlačené číslo a druhé druhé stlačené číslo … Ako teda tento efekt dosiahneme? Pri inom druhu FF (klopný obvod) JK, keď sú vstupy J aj K vysoké, zmení stav výstupov na svoj doplnok (negáciu), inými slovami, budeme mať na „Q“1, potom 0 potom 1 znova, potom 0 a tak ďalej. Tieto Q a Q´ sú hodinami pre pamäte (čo im povie, kedy uložiť nové údaje.) Pulz, ktorý určí, kedy sa táto zmena vykoná, je „P“, ktoré je vysoké vždy, keď stlačíte akékoľvek číslo, ale uložte informácie včas, budeme potrebovať opak, takže tu používame NEBEZPEČNÚ bránu. Inými slovami, akonáhle stlačíme tlačidlo, jk ff zmení svoj výstup, zapne prvú pamäť, aby uložila údaje, potom znova stlačíme a prvý stav záznamu do pamäte bude vypnutý, ale druhá pamäť uloží nové údaje! V tomto mieste som pridal tlačidlo reset, ktoré vráti obe pamäte (ABCD) späť na 0 a vráti volič displeja (jk ff) do prvej pamäte. Ďalšie informácie o JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Teraz … prečo som povedal, že potrebujeme štyri 74175? Dobre uložiť heslo !! Aj keď je možné len nastaviť heslo pomocou rezistorov na GND alebo Vcc, vaše heslo bude statické a nebude možné ho zmeniť, ak zámku vykonáte na doske plošných spojov. S pamäťou si teda môžete uložiť heslo a zmeniť ho toľkokrát, koľkokrát chcete. Vstupy budú výstupmi z pamäte našich displejov, takže keď kladný impulz dosiahne svoje hodiny, budete zvládať akékoľvek čísla na displejoch. (pamäte aj pamäte hesiel budú mať rovnaké informácie). Pulz „nového hesla“bude samozrejme dostupný iba vtedy, ak ste už narušili správne heslo a otvorili zámok. Celkom budeme mať úložnú kapacitu 2 bajty alebo 16 bitov !!

Krok 6: Porovnanie

V tomto mieste máme systém, ktorý je schopný uložiť každé číslo, ktoré stlačíme, na jeden displej a potom na druhé a skopírovať tieto informácie do pamätí hesiel … stále nám chýba to podstatné, komparátor … jeden obvod, ktorý bude tieto dva porovnávať (ABCD) zobrazovacích pamätí s dvoma (ABCD) pamäťami hesiel.. Opäť existuje integrovaný obvod z rodiny TTL, ktorý robí všetku špinavú prácu, ale nebol dostupný v mojom miestnom elektronickom obchode. Tak som si postavil vlastný. Aby sme pochopili, ako som to urobil, pozrime sa na tabuľku pravdy XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Všimnite si, že kedykoľvek majú A a a rovnakú hodnotu, výstup je nízky (0). Ak sú teda rozdielne, budeme mať na výstupe 1. To znamená, že s jednou bránou XOR môžete porovnávať 2 bity jednej pamäte displeja a druhej pamäte hesiel. Na základe toho som postavil nasledujúci obvod. Nezabudnite, že si ho môžete postaviť vlastným spôsobom, pretože v digitálnej elektronike existuje mnoho spôsobov, ako dosiahnuť rovnakú odpoveď. Tento obvod zaberá 8 bitov pamätí displeja (jeden bit na XOR, pretože druhý vstup by mal byť použitý s pamäťou hesiel) a 8 bitov pamätí hesiel (jeho 1 bajtový komparátor). A bude poskytovať iba jeden výstup. práve vtedy, ak sú informácie v oboch pamätiach displeja rovnaké ako informácie v pamätiach hesiel, budeme mať (0) nízky výstup. Inými slovami, ak sa informácie o oboch sadách pamätí líšia, dokonca aj na 1 bite, výstup bude vysoký (1).

Krok 7: Otvorenie/zatvorenie

Konečne posledná časť, sme takmer hotoví! Čoskoro budete môcť zamknúť akékoľvek zariadenie alebo elektrifikovať akýkoľvek plot, (Prosím, nerobte to!) Teraz vezmeme posledný kúsok informácií a prerušíme ich stlačením tlačidla, takže ak niekto omylom napíše správne heslo, zámok sa neotvorí. (Tomuto tlačidlu som hovoril „vstúpiť“, naozaj múdre, hej !,) A po tlačidle Enter sa objaví západka RS, jedno zariadenie, ktoré dokáže otočiť Q´ na 1, ak na ňom je 0. R zadajte a uložte a Q na 1, ak je na vstupe S 0. Ďalšie informácie o západke RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Pripojil som „Q“k zámku s červenou LED diódou alebo že ovládané zariadenie je VYPNUTÉ. A "Q´" na tranzistor, ktorý dodá relé zosilňujúci prúd na jeho zapnutie a zapne ovládané zariadenie. „Q´“bolo pripojené k tlačidlu (to som z obéznych dôvodov volal tlačidlo pre nové heslo), takže keď stlačíte toto tlačidlo, uzavriete obvod medzi Q´ a hodinovým vstupom pre pamäť hesiel. Ak je Q´ nízka (systém uzamknutý), po stlačení tlačidla sa v pamäti hesiel nič nezmení, ale ak je vysoká (systém otvorený), hodiny sa aktivujú a pamäte hesiel skopírujú informácie do pamätí displeja. (Zmena heslo). A pripojený odpor na GND a na tlačidlo (tlačidlo zámku) a odtiaľ na vstup S, takže kedykoľvek ho stlačíte, systém zamknete. No, aj keď som mohol kúpiť žabku RS len na tento účel, stále mi zostal jeden JK ff z môjho 7476. A pretože vstupy R a S sú rovnako veľké, nemusíme si robiť starosti s hodinami. Takže stačí zapojiť veci podľa schémy (ako som to urobil ja). Pri pripájaní relé k striedavému prúdu buďte opatrní, použite dostatok izolačnej pásky. Pri práci so stovkami voltov nechcete skratovať! Po spojení všetkého dohromady … sme konečne hotoví !!! Neváhajte sa vyjadriť k akejkoľvek otázke alebo navrhnúť, ak si všimnete akýkoľvek problém alebo chybu, nepochybujte o ich objasnení. Som tu, aby som pomohol. Dobrý zámok, myslím, veľa šťastia s tým zámkom.