Умный электронный замок на Ардуино, работающий по Bluetooth — входная дверь как у Спайдермена. Необычный кодовый замок на Arduino Кодовый замок на ардуино с самодельной клавиатурой
Порывшись на китайских барахолках и ebay я ничего дешевого и более-менее серьезного не нашел и решил сделать его своими руками. Оговорюсь сразу, что платформа Arduino была выбрана за свою простоту, так-как опыта общения с микроконтроллерами не было вообще.
Идея
На двери с внешней стороны двери должна располагаться клавиатура, на которой вводится пароль, с внутренней стороны закреплена остальная конструкция. Для контроля полного закрытия двери используется геркон. Выходя из кабинета человек нажимает на клавиатуре «*» и не дожидаясь пока дверь закроется доводчиком идет по своим делам, когда дверь будет полностью закрыта, геркон замкнется и замок будет закрыт. Открывается дверь с помощью ввода 4х значного пароля и нажатием на «#».Комплектующие
Arduino UNO = $18Arduino protoshield + breadboard = $6
L293D = $1
Пучок проводов 30шт для бредборда = $4
2 розетки RJ45 = $4
2 вилки RJ45 = $0.5
актуатор центрального замка = 250 руб.
Геркон = бесплатно оторван от старого окна.
Шпингалет металлический гигантских размеров = бесплатно
Корпус от старого хаба D-LINK из полуторамиллиметрового железа = бесплатно
Блок питания от того же хаба D-LINK на 12 и 5в = тоже бесплатно
Куча винтов и гаечек для крепления всего этого добра к корпусу = 100руб.
Пульт управления от охранной сигнализации = бесплатно.
Итого: $33,5 и 350руб.
Не так уж и мало, скажете вы, и будете, определенно правы, но ведь за удовольствие надо платить! А собрать, что-то своими руками всегда приятно. К тому-же конструкцию можно сильно удешевить, если использовать голый МК без Arduino.
Подготовка к сборке
Хочется несколько слов сказать о покупке ключевого элемента конструкции актуатора. В местном авто-магазине мне предложили актуаторы двух видов: «с двумя проводами и с пятью». Со слов продавщицы они были абсолютно одинаковыми и различие в количестве проводов не значило абсолютно ничего. Однако, как оказалось позже, это не так! Я выбрал девайс с двумя проводами, он питался от 12в. В конструкции с пятью проводами установлены концевые выключатели, что позволяет контролировать движение рычага. Понял, что купил не тот я только когда разобрал его и менять его было поздно. Ход рычага оказался слишком коротким, чтобы нормально задвинуть щеколду, поэтому, необходимо было немного его доработать, а именно удалить две резиновые шайбы укорачивающие ход рычага актуатора. Для этого корпус пришлось распилить вдоль обычной ножовкой, потому, что вторая шайба находилась внутри. Синяя изолента нам, как всегда помогла нам в дальнейшем при сборке его назад.Для управления мотором актуатора был использован драйвер моторов L293D, который выдерживает пиковую нагрузку до 1200 мА, у нас при остановке двигателя актуатора пиковая нагрузка вырастала всего до 600 мА.
Из пульта управления от охранной сигнализации были выведены контакты с клавиатуры, динамика и двух светодиодов. Пульт и основное устройство предполагалось соединить с помощью витой пары и RJ45 разъемов
Программирование.
Так, как опыта программирования Arduino у меня не было до сих пор. Я воспользовался чужими наработками и статьями с сайта arduino.cc. Кому интересно, может поглядеть этот безобразный код :)Фото и видео
Ардуино и актуатор
Блок питания
Клавиатурка
Шпингалет (соединен с актуатором металлической спицей и на которую надета термоусадка для красоты)
Видео процесса работы устройства:
В данном уроке мы научимся делать простую систему, которая будет отпирать замок по электронному ключу (Метке).
В дальнейшем Вы можете доработать и расширить функционал. Например, добавить функцию "добавление новых ключей и удаления их из памяти". В базовом случае рассмотрим простой пример, когда уникальный идентификатор ключа предварительно задается в коде программы.
В этом уроке нам понадобится:
Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:
2) Теперь нужно подключить Зуммер, который будет подавать сигнал, если ключ сработал и замок открывается, а второй сигнал, когда замок закрывается.
Зуммер подключаем в следующей последовательности:
| Arduino | Зуммер |
|---|---|
| 5V | VCC |
| GND | GND |
| pin 5 | IO |
3) В роли отпирающего механизма будет использоваться сервопривод. Сервопривод может быть выбран любой, в зависимости от требуемых вам размеров и усилий, который создает сервопривод. У сервопривода имеется 3 контакта:
Более наглядно Вы можете посмотреть, как мы подключили все модули на картинке ниже:
Теперь, если все подключено, то можно переходить к программированию.
Скетч:
#include
Разберем скетч более детально:
Для того, что бы узнать UID карточки(Метки), необходимо записать данный скетч в arduino, собрать схему, изложенную выше, и открыть Консоль (Мониторинг последовательного порта). Когда вы поднесете метку к RFID, в консоли выведется номер
Полученный UID необходимо ввести в следующую строчку:
If (uidDec == 3763966293) // Сравниваем Uid метки, если он равен заданному то сервопривод открывает задвижку.
У каждой карточки данный идентификатор уникальный и не повторяется. Таком образом, когда вы поднесете карточку, идентификатор которой вы задали в программе, система откроет доступ с помощью сервопривода.
Видео:
На днях я пересматривал фильм «Новый Человек-Паук» и в одной сцене Питер Паркер дистанционно открывает и закрывает дверь со своего ноутбука. Как только я увидел это, то сразу же понял, что и мне нужен такой электронный замок на входную дверь.
Немного повозившись, я собрал действующую модель умного замка. В этой статье я расскажу вам, как я ее собрал.
Шаг 1: Список материалов
Для сборки электронного замка на Ардуино вам понадобятся следующие материалы:
Электроника:
- 5В настенный адаптер
Компоненты:
- 6 винтов для шпингалета
- картон
- провода
Инструменты:
- паяльник
- клеевой пистолет
- дрель
- сверло
- сверло для направляющего отверстия
- канцелярский нож
- компьютер с программой Arduino IDE
Шаг 2: Как действует замок
Задумка состоит в том, чтобы я мог открывать или закрывать дверь без ключа, и даже не подходя к ней. Но это лишь основная идея, ведь можно еще добавить датчик детонации, чтобы он реагировал на особый стук, или можно добавить систему распознавания голоса!
Рычаг сервопривода, соединенный со шпингалетом, будет закрывать его (на 0°) и открывать (на 60°), с помощью команд, получаемых через модуль Bluetooth.
Шаг 3: Схема монтажа проводов
Давайте сначала подключим сервопривод к плате Arduino (хочу заметить, что, хотя у меня использована плата Arduino Nano, в плате Uno расположение выводов точно такое же).
- коричневый провод сервопривода – заземляющий, его подключаем к земле на Arduino
- красный провод – плюс, его подключаем к разъему 5В на Arduino
- оранжевый провод – вывод истока сервопривода, его подключаем к 9-му выводу на Arduino
Я советую вам проверить работу сервопривода, прежде чем продолжить сборку. Для этого в программе Arduino IDE в примерах выбираете Sweep. Убедившись в том, что серво работает, можем подключать Bluetooth-модуль. Нужно соединить вывод rx модуля Bluetooth с tx выводом Arduino, и tx вывод модуля с rx выводом Arduino. Но пока не делайте этого! Когда эти соединения будут спаяны, вы уже не сможете загрузить никакие коды на Arduino, поэтому сначала загрузите все ваши коды и только после этого паяйте соединения.
Вот схема соединений модуля и микроконтроллера:
- Rx модуля – Tx платы Arduino
- Tx модуля – Rx платы
- Vcc (положительный вывод) модуля – 3,3v платы Arduino
- Ground соединяем с Ground (заземление с заземлением)
Если объяснение кажется вам непонятным, следуйте представленной схеме соединений проводов.
Шаг 4: Испытание
Теперь, когда у нас есть все действующие части, давайте удостоверимся в том, что сервопривод сможет двигать шпингалет. Прежде чем монтировать шпингалет на дверь, я собрал пробный образец, чтобы убедиться в том, что серво достаточно мощный. Сначала мне показалось, что мой серво слабоват и я добавил каплю масла в шпингалет, после этого он все заработало нормально. Это очень важно, чтобы механизм хорошо скользил, иначе вы рискуете оказаться запертым в своей комнате.
Шаг 5: Корпус для электрокомпонентов
Я решил поместить в корпус только контроллер и модуль Bluetooth, а сервопривод оставить снаружи. Для этого на куске картона обводим контур платы Arduino Nano и добавляем по 1 см пространства по периметру и вырезаем. После этого также вырезаем еще пять сторон корпуса. В передней стенке нужно будет прорезать отверстие под шнур питания контроллера.
Размеры сторон корпуса:
- Дно – 7,5х4 см
- Крышка – 7,5х4 см
- Левая боковая стенка – 7,5х4 см
- Правая боковая стенка – 7,5х4 см
- Передняя стенка – 4х4 см (с прорезью под шнур питания)
- Задняя стенка – 4х4 см
Шаг 6: Приложение
Для управления контроллером вам нужен гаджет на Android или Windows со встроенным Bluetooth-ом. У меня не было возможности проверить работу приложения на яблочных устройствах, может быть, будут нужны какие-нибудь драйвера.
Уверен, кое у кого из вас есть возможность проверить это. Для Андроида скачайте приложение Bluetooth Terminal, для Windows скачайте TeraTerm. Затем нужно подключить модуль к смартфону, имя должно быть linvor, пароль – 0000 или 1234. Как только сопряжение установится, откройте установленное приложение, войдите в опции и выберите «Установить соединение (небезопасное)». Теперь ваш смартфон – монитор последовательного интерфейса Arduino, то есть вы можете обмениваться данными с контроллером.
Если вы введете 0, дверь закроется, а на экране смартфона будет сообщение «Дверь закрыта».
Если вы введете 1, то увидите, как дверь открывается, а на экране будет сообщение «Дверь открыта».
На Windows процесс тот же самый, за исключением того, что установить нужно приложение TeraTerm.
Шаг 7: Монтируем шпингалет
Сначала вам нужно соединить сервопривод со шпингалетом. Для этого с монтажных отверстий корпуса привода нужно срезать заглушки. Если мы положим сервопривод, монтажные отверстия должны быть вровень со шпингалетом. Затем нужно поместить рычаг сервопривода в прорезь шпингалета, туда, где была ручка шпингалета. Проверьте, как ходит замок в корпусе. Если все нормально, закрепите рычаг сервопривода клеем.
Теперь нужно просверлить в двери направляющие отверстия для винтов. Для этого приложите шпингалет к двери и карандашом отметьте на полотне двери отверстия под винты. Просверлите в отмеченных местах отверстия под винты глубиной примерно 2,5 см. Приложите шпингалет и закрепите его винтами. Снова проверьте работу сервопривода.
Шаг 8: Питание
Чтобы завершить устройство, вам понадобятся источник питания, шнур и штекер мини-usb для соединения с Arduino.
Соедините вывод земли источника питания с выводом земли мини-порта usb, соедините красный провод с красным проводом мини-порта usb, потом протяните провод от замка до дверной петли, а от нее протяните до розетки.
Шаг 9: Код
#include Servo myservo; int pos = 0; int state; int flag=0; void setup() { myservo.attach(9); Serial.begin(9600); myservo.write(60); delay(1000); } void loop() { if(Serial.available() > 0) { state = Serial.read(); flag=0; } // if the state is "0" the DC motor will turn off if (state == "0") { myservo.write(8); delay(1000); Serial.println("Door Locked"); } else if (state == "1") { myservo.write(55); delay(1000); Serial.println("Door UnLocked"); } }
Шаг 10: Законченный замок на базе Arduino
Наслаждайтесь своим замком с дистанционным управлением, и не забудьте «случайно» запереть друзей в комнате.
Arduino является лучшей системой для копирования какого-либо оборудования. Большинство идей не смогли бы воплотиться без нее. Давно существует такая мысль: создать специальный кодовый замок на ардуино. Для его открытия необходимо зажатие определенной клавиши. При этом замок не должен открываться, даже если знать нужную кнопку. Чтобы его отрыть необходимо выдержать определенные интервалы, используя мышечную память. Такое преступник не сможет совершить. Но это все лишь теория.
Чтобы его собрать нужно воспользоваться специальным прибором прямоугольных импульсов, а также несколько счетчиков и ворох. Но готовое устройство имело бы большие габаритные размеры и его неудобно было бы использовать. Как правило, такие мысли не дают покоя. Первым этапом при воплощении мечты стало создание программы под Arduino. Именно она будет служить в качестве кодового замка. Для того чтобы открыть его понадобится нажать не одну клавишу, а несколько, причем делать это одновременно. Готовая схема выглядит таким образом:
Качество картинки не лучшее, но подключение выполняется к земле, D3, D5, D7, D9 и D11.
Код представлен ниже:
Const int ina = 3; const int inb = 5; const int inc = 9; const int ledPin = 13; int i = 1000; byte a = 0; byte b = 0; byte c = 0; byte d = 0; unsigned long time = 0; //не забывайте всё, что принимает значение millis() unsigned long temp = 0; //хранить в unsigned long byte keya = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; //коды собственно byte keyb = { 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0}; byte keyc = { 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0}; byte k = 0; void setup() { pinMode(ina, INPUT_PULLUP); //3 входа, подключаемые к кнопкам pinMode(inb, INPUT_PULLUP); pinMode(inc, INPUT_PULLUP); pinMode(ledPin, OUTPUT); //встроенный светодиод на 13-ом пине pinMode(7, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); digitalWrite(7, LOW); //заменяют землю digitalWrite(11, LOW); time = millis(); //нужно для отсчёта времени } void blinktwice() { //двойное мигание светодиодом digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(100); digitalWrite(ledPin, LOW); delay(100); digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(100); digitalWrite(ledPin, LOW); delay(200); } void loop() { if(k==0) { blinktwice(); //приглашение ввести код } if (k == 8) { digitalWrite(ledPin, HIGH); delay(3000); k = 0; } a = digitalRead(ina); //считываются уровни сигналов с кнопок - нажата/не нажата b = digitalRead(inb); c = digitalRead(inc); delay(100); //следующий if - защита против ложных срабатываний, можно не использовать if((digitalRead(ina) == a)&&(digitalRead(inb) ==b)&&(digitalRead(inc)==c)) { if (a == keya[k]) { if (b == keyb[k]) { if (c == keyc[k]) { k++; } } } } if (k==1) { if (d ==0) { time = millis (); d++; } } temp = millis(); temp = temp - time; if (temp > 10000) { k= 0; d=0; time = millis (); } }
Чтобы не возникало лишних вопросов по коду, следует разъяснить некоторые моменты. Функция setup используется для назначения портов. Следующая функция – Input_Pullup, которая необходима для увеличения напряжения пина на 5 В. Это осуществляется с помощью резистора. Благодаря этому не будут возникать различные короткие замыкания. Для большего удобства рекомендуется применять функцию blinktwice. Вообще при создании различных программ нужно пробовать другие функции.
После назначения функций происходит считывание сигнала с портов. Если кнопка нажата, то это будет обозначаться цифрой 1, а если нет – 2. Далее, происходит анализ всех значений. Например, появилась такая комбинация, как 0,1,1. Это означает, что первая клавиша нажата, а остальные две нет. Если все значения выполняются верно, то условие 8 тоже верно. Об этом свидетельствует загоревшийся светодиод на передней панели. Далее необходимо вписать определенный код, который будет служить для открывания двери.
Последние элементы кода служат для сбрасывания значений счетчика. Такая функция выполняется, если после последнего нажатия клавиши прошло более 10 секунд. Без этого кода можно было перебрать все возможные варианты, хоть их достаточно много. После создания данного устройства необходимо его протестировать. Еще
Сегодня урок о том как использовать RFID-ридер с Arduino для создания простой системы блокировки, простыми словами - RFID-замок.
RFID (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) - способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интеррогатор) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег).
В уроке будет использоваться RFID-метка с Arduino. Устройство читает уникальный идентификатор (UID) каждого тега RFID, который мы размещается рядом со считывателем, и отображает его на OLED-дисплее. Если UID тега равен предопределенному значению, которое хранится в памяти Arduino, тогда на дисплее мы увидим сообщение «Unlocked» (англ., разблокировано). Если уникальный идентификатор не равен предопределенному значению, сообщение "Unlocked" не появится - см. фото ниже.
Замок закрыт
Замок открыт
Детали, необходимые для создания этого проекта:
- RFID-ридер RC522
- OLED-дисплей
- Макетная плата
- Провода
Дополнительные детали:
- Аккумулятор (powerbank)
Общая стоимость комплектующих проекта составила примерно 15 долларов.
Шаг 2: RFID-считыватель RC522
В каждой метке RFID есть небольшой чип (на фото белая карточка). Если направить фонарик на эту RFID-карту, можно увидеть маленький чип и катушку, которая его окружает. У этого чипа нет батареи для получения мощности. Он получает питание от считывателя беспроводным образом используя эту большую катушку. Можно прочитать RFID-карту, подобную этой, с расстояния до 20 мм.
Тот же чип существует и в тегах RFID-брелка.
Каждый тег RFID имеет уникальный номер, который идентифицирует его. Это UID, который показывается на OLED-дисплее. За исключением этого UID, каждый тег может хранить данные. В этом типе карт можно хранить до 1 тысячи данных. Впечатляет, не так ли? Эта функция не будет использована сегодня. Сегодня все, что интересует, - это идентификация конкретной карты по ее UID. Стоимость RFID-считывателя и этих двух карт RFID составляет около 4 долларов США.
Шаг 3: OLED-дисплей
В уроке используется OLED-монитор 0.96" 128x64 I2C.
Это очень хороший дисплей для использования с Arduino. Это дисплей OLED и это означает, что он имеет низкое энергопотребление. Потребляемая мощность этого дисплея составляет около 10-20 мА, и это зависит от количества пикселей.
Дисплей имеет разрешение 128 на 64 пикселя и имеет крошечный размер. Существует два варианта отображения. Один из них монохромный, а другой, как тот, который использован в уроке, может отображать два цвета: желтый и синий. Верхняя часть экрана может быть только желтой, а нижняя часть - синей.
Этот OLED-дисплей очень яркий и у него отличная и очень приятная библиотека, которую разработала компания Adafruit для этого дисплея. В дополнение к этому дисплей использует интерфейс I2C, поэтому соединение с Arduino невероятно простое.
Вам нужно только подключить два провода, за исключением Vcc и GND. Если вы новичок в Arduino и хотите использовать недорогой и простой дисплей в вашим проекте, начните с этого.
Шаг 4: Соединяем все детали
Связь с платой Arduino Uno очень проста. Сначала подключим питание как считывателя, так и дисплея.
Будьте осторожны, считыватель RFID должен быть подключен к выходу 3,3 В от Arduino Uno или он будет испорчен.
Так как дисплей также может работать на 3,3 В, мы подключаем VCC от обоих модулей к положительной шине макета. Затем эта шина подключается к выходу 3,3 В от Arduino Uno. После чего соединяем обе земли (GND) с шиной заземления макета. Затем мы соединяем GND-шину макета с Arduino GND.
OLED-дисплей → Arduino
SCL → Аналоговый Pin 5
SDA → Аналоговый Pin 4
RFID-ридер → Arduino
RST → Цифровой Pin 9
IRQ → Не соединен
MISO → Цифровой Pin 12
MOSI → Цифровой Pin 11
SCK → Цифровой Pin 13
SDA → Цифровой Pin 10
Модуль RFID-считывателя использует интерфейс SPI для связи с Arduino. Поэтому мы собираемся использовать аппаратные штыри SPI от Arduino UNO.
Вывод RST поступает на цифровой контакт 9. Контакт IRQ остается несвязным. Контакт MISO подключается к цифровому выходу 12. Штырь MOSI идет на цифровой контакт 11. Контакт SCK переходит на цифровой контакт 13, и, наконец, вывод SDA идет на цифровой вывод 10. Вот и все.
Считыватель RFID подключен. Теперь нам нужно подключить OLED-дисплей к Arduino, используя интерфейс I2C. Таким образом, вывод SCL на дисплее переходит к аналоговому выводу Pin 5 и SDA на дисплее к аналоговому Pin 4. Если теперь мы включим проект и разместим RFID-карту рядом с ридером, мы увидим, что проект работает нормально.
Шаг 5: Код проекта
Чтобы код проекта был скомпилирован, нам нужно включить некоторые библиотеки. Прежде всего, нам нужна библиотека MFRC522 Rfid.
Чтобы установить её, перейдите в Sketch -> Include Libraries -> Manage libraries (Управление библиотеками). Найдите MFRC522 и установите её.
Нам также нужна библиотека Adafruit SSD1306 и библиотека Adafruit GFX для отображения.
Установите обе библиотеки. Библиотека Adafruit SSD1306 нуждается в небольшой модификации. Перейдите в папку Arduino -> Libraries , откройте папку Adafruit SSD1306 и отредактируйте библиотеку Adafruit_SSD1306.h . Закомментируйте строку 70 и раскомментируйте строку 69, т.к. дисплей имеет разрешение 128x64.
Сначала мы объявляем значение метки RFID, которую должен распознать Arduino. Это массив целых чисел:
Int code = {69,141,8,136}; // UID
Затем мы инициализируем считыватель RFID и дисплей:
Rfid.PCD_Init(); display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
После этого в функции цикла мы проверяем тег на считывателе каждые 100 мс.
Если на считывателе есть тег, мы читаем его UID и печатаем его на дисплее. Затем мы сравниваем UID тега, который мы только что прочитали, со значением, которое хранится в кодовой переменной. Если значения одинаковы, мы выводим сообщение UNLOCK, иначе мы не будем отображать это сообщение.
If(match) { Serial.println("\nI know this card!"); printUnlockMessage(); }else { Serial.println("\nUnknown Card"); }
Конечно, вы можете изменить этот код, чтобы сохранить более 1 значения UID, чтобы проект распознал больше RFID-меток. Это просто пример.
Код проекта:
#include Как видно из урока - за небольшие деньги можно добавить RFID-ридер в ваши проекты. Можно легко создать систему безопасности с помощью этого ридера или создать более интересные проекты, например, чтобы данные с USB-диска считывались только после разблокировки.Шаг 6: Итоговый результат
