Мембранный замок для двери с помощью ардуино. Автоматический "умный" замок и Arduino

Ведущего канала youtube “AlexGyver” просили сделать электронный замок своими руками. Добро пожаловать на цикл видео про электронные замки на arduino. В общих чертах мастер объяснит идею.

Есть несколько вариантов создания системы электронного замка. Чаще всего используются для запирания дверей и ящиков, шкафов. А также для создания тайников и потайных сейфов. Поэтому нужно сделать макет, с которым удобно работать и можно наглядно и подробно показывать устройство системы изнутри и снаружи. Поэтому решил сделать раму с дверцей. Для этого понадобится квадратный брус 30 x 30. Фанера 10мм. Дверные петли. Изначально хотел сделать фанерный ящик, но вспомнил, что в комнате всё завалено запчастями. Подобный ящик некуда поставить. Поэтому будет сделан макет. Если кто-то хочет поставить себе электронный замок, то, глядя на макет можно с легкостью всё повторить.

Все, что нужно для замка, найдете в этом китайском магазине .

Цель – разработать максимально эффективные схемы и прошивки для электронных замков. Вы сможете использовать эти результаты для установки этих систем на свои двери, ящики, шкафы и тайники.

Дверца готова. Теперь нужно придумать, как открывать и закрывать электронным способом. Для этих целей подходит мощная соленоидная щеколда с aliexpress (ссылка на магазин выше). Если подать на выводы напряжения, она откроется. Сопротивление катушки почти 12 ом, значит при напряжении 12 вольт катушка будет кушать около 1 ампера. С такой задачей справится и литиевый аккумулятор и повышающий модуль. Настраиваем на соответствующее напряжения. Хотя можно и чуть больше. Щеколда крепится на внутренней стороне дверцы на расстоянии, чтобы не цепляла край и могла захлопываться. Щеколды должна быть ответной частью в виде металлического короба. Использовать ее без этого неудобно и неправильно. Придётся поставить ступеньку, хотя бы создавалась видимость нормальной работы.

В холостом режиме щеколда открывается нормально, то есть если на дверце есть ручка, подаем импульс, дверку за ручку открываем. Но если подпружинить, этот способ уже не подходит. Повышающий преобразователь не справляется с нагрузкой. Для открытия подпружиненный дверцы придется использовать большие аккумуляторов и более мощный преобразователь. Либо сетевой источник питания и забить на автономности системы. В китайских магазинах есть щеколды больших размеров. Они подойдут для ящиков. Питания можно подавать при помощи реле или мосфет транзистора, либо силового ключа на том же транзисторе. Более интересно и менее затратный вариант – сервопривод, соединенный с шатуном с любым запирающим элементом – шпингалет или более серьёзные задвижка. Он может понадобиться также кусочек стальной спицы, выполняющей роль шатуна. Такой системе не нужен большой ток. Но она занимает больше места и более хитрая логика управления.

Есть два типа сервоприводов. Маленькие слабенькие и большие мощные, которыми можно спокойно задвинуть в отверстия в серьёзные металлические штыри. Оба показанных вариантов работают как на дверцах, так и на выдвижных ящиках. С ящиком придется повозиться, проделывая отверстие в выдвижной стенке.

Вторая часть

ДАЧА у меня, как и у большинства у кого она есть ассоциируется с словами: отдых, шашлык, комфорт и прочие приятные духу и телу движения, но есть и обратная сторона: огород, копать, ремонт, стройка и т.д.

На протяжении 10 лет мы с семьей пытаемся облагородить и создать максимальный комфорт на нашей даче. Строим, ремонтируем и т.д. Дом, сарай, баня…..и наконец дело дошло до уличного забора, калитки и ворот. Делать так на совесть, бюджет и удобство.

После обсуждения некоторых деталей было принято, что ворота должны быть откатные на автоматике ну и калитка обладать некоторыми свойствами СКУД. С воротами вопрос был решен покупкой комплекта автоматики (привод, рейка, пульт и т.д.), а с калиткой нужно было решить некоторые задачи, о них ниже.

Задачи были следующие:

1. Замок должен был работать совместно с ранее установленным видео домофоном (открыть калитку не выходя из дома)
2. Иметь возможность открытия двери обычным ключом и без ключа с улицы и двора.
3. Уложится в оставшийся бюджет до 5000 р.

Поиски в рунете представили следующий диапазон цен от 7000 и до бесконечности. Покупка готового решения отпала и была задумана альтернатива с широкими возможностями, а именно запилить дверь самому!

После некоторых подсчетов и вычислений было принято купить электромеханический замок около 2000р., влагозащищённой клавиатуры 350р., ну и МК который будет здесь рулить. Так как в наличии имелось несколько плат Arduino nano, реле и рассыпуха и немного проводов, разница между стоимостью готового комплекта составила более 4000 т.р. По мне, отличный бонус для кошелька и саморазвития.

Ну что же, а теперь от слов к действию:

После покупки всех необходимых компонентов начал пилить.

Схема подключения клавиатуры

Дополнительная индикация светодиодов (белый,зеленый,красный) панели с клавиатурой сигнализирует (ввод, верный пароль дверь открыть,отказано).

• pin 9 желтый
• pin 10 зеленый
• pin 11 красный

Панель (решетка) из оргстекла, нарезали за коробку конфет и улыбку соседи по офису. Но фреза самая малая оказалась чуть жирнее, пришлось поработать надфилем.

Ну вот и выходные, я выдвинулся на дачу.

Для открытия электромеханического замка,нужно 12 в. Блок питания, питающий МК был 5 в., решение поставить повышающий dc-dc преобразователь с поднебесной для замка. Все подключил начал проверять, работает, но при подаче напряжения на соленоид замка дуня перезагружалась, кз на блок питания. Дальше больше, после подключения вызывной панели от видео домофона к замку, при нажатии кнопки открыть дверь не чего не происходило, малый ток на замок. Тянуть новые провода не вариант, были уже забетонированы на выходе из дома. Решил добавить еще одно реле для панели и поставить дополнительный блок питания на 12 в. для замка. После разбора/сбора, все заработало, МК перестал перезагружаться. Все это дело спрятал во влагозащищенную распаячную коробку, спрятал провода, клей, силикон и готово!

Представляю дверной замок, управляемый радиочастотным ключом.

Работает замок так: Поднесли НАШ ключ (RFID-метка) - замок закрылся, поднесли ключ повторно - замок открылся. Для визуализации работы замка, использовано шесть двухцветных светодиодов (линейка). При закрытии - пробегает красный свет, при открытии - зелёный. Если поднести ЧУЖОЙ ключ, мигнут красные светодиоды.

"Машинка" управляется по двум проводам. Одна полярность выдвигает шток, обратная полярность шток втягивает. При напряжении 12 вольт, ток составляет 6 ампер, много...
В "машинке" нет концевых выключателей.

Исходя из того что схема замка (по задумке) имеет гарантированное питание, аккумулятор 12 вольт, для обеспечения работы замка, в случае пропадания ~220 . Разработал мостовую схему управления "машинкой". Особой фишкой схемы является её нелинейность, обеспечивающая надёжную работу механизма замка, и одновременно - щадящий режим работы "машинки" и ключевых транзисторов.

На схеме (выше), плечо "Закрыть" выделено красным цветом, а плечо "Открыть" - зелёным. Плечи питаются раздельно, через резисторы (находятся в блоке питания). Разделение питания плеч моста, ввёл для исключения ложных срабатываний.

Пояснение: Через резисторы 33- Ом (на схеме блока питания), напряжение 12 вольт заряжает конденсаторы (по 2000 -мкф, в каждом плече). При поступление управляющего напряжение от контроллера Arduino_ProMini-168 на вход "Закрыть" (или аналогично на "Открыть"), через оптопару PVT322 - открывается соответствующее плечо ключей. При этом происходит следующее: В момент открытия ключей, энергия с конденсаторов мощно "дёргает" моторчик "машинки". По мере разряда конденсаторов (это происходит быстро) моторчик "машинки" питается током ограниченным резисторами (33 -Ом). Благодаря этому, в конце процесса "закрытия"-"открытия" замка, шток движется достаточно медленно.

Такой способ управления двигателем является оптимальным.

Схема блока питания трансформаторная. Вообще, схема замка питается от аккумулятора 12 -вольт, 2,8 -А/Ч. А схема БП поддерживает аккумулятор на номинальном уровне. Светодиод "Сеть" указывает на нормальную работу блока питания.

Все диоды 1N4007 (забыл указать на схеме, а человек задал вопрос - какие?).

(1) собран ограничитель максимального тока. Резистором R1 верхний порог тока установлен в 300 -мА.
На интегральном стабилизаторе LM317(2) собран стабилизатор напряжения. Напряжение стабилизации настраивается резистором R 2 . Напряжение на аккумуляторе должно составлять 13,7 -вольта.

Напряжение с аккумулятора подаётся в три точки.
Через резисторы (по 33 -Ом) на (X) , (Y) - питание плечей ключей "драйвера" мотора "машинки".

Большинство своих устройств собираю из того, что под руку попалось. Этот проект не исключение. В качестве корпуса использую корпус:) от электронного балласта:

Светодиоды №-2 ... №-7 - двухцветные. Они расположены в линию. Используются для визуализации процессов "открытие" и "закрытие" замка. Украшательство.

Данный проект является модульным, т.е. можно подключать/отключать разные элементы и получить разную функциональность. На картинках выше показан вариант с полной функциональность, а именно:

• Запирающий механизм . Служит для ОТКРЫТИЯ и ЗАКРЫТИЯ двери. В этом проекте рассмотрено использование трёх разных механизмов:
  • Сервопривод. Бывают большие, бывают маленькие. Очень компактный, и вкупе с тяжёлым засовом – отличный вариант
  • Электропривод замка дверей автомобиля. Большая и мощная штука, но жрёт просто безумные токи
  • Соленоидная щеколда. Хороший вариант, так как сама захлопывается

  В настройках прошивки можно выбрать любой из трёх типов (настройка lock_type )

• Кнопка внутри . Служит для ОТКРЫТИЯ и ЗАКРЫТИЯ двери изнутри. Может быть размещена на ручке двери (со стороны ладони или со стороны пальцев), на самой двери, либо на косяке
• Кнопка снаружи . Служит для ЗАКРЫТИЯ двери, а также для ПРОБУЖДЕНИЯ из энергосбережения. Может быть размещена на ручке двери (со стороны ладони или со стороны пальцев), на самой двери, либо на косяке
• Концевик на закрытие двери. Служит для автоматического закрытия замка при закрывании двери. Им может быть:
  • Тактовая кнопка
  • Датчик холла + магнит на самой двери
  • Геркон + магнит на самой двери
• Секретная кнопка сброса доступа . Служит для сброса пароля/ввода нового пароля/запоминания нового ключа/комбинации и т.д. Может быть спрятана где-то в корпусе
• Светодиод для индикации работы. Светодиод RGB, используются красный и зелёный цвета (при смешении дают жёлтый):
  • Горит зелёный - замок ОТКРЫТ. Горит чтобы не забыть закрыть дверь
  • Горит жёлтый - система проснулась и ожидает ввод пароля
  • Мигает красный - сел аккумулятор

Любой из этих элементов можно исключить из системы:

• Убираем концевик. В прошивке в настройках тоже его отключаем (настройка tail_button ). Теперь чтобы закрыть замок, нужно нажимать кнопку
• Убираем наружную кнопку. В прошивке в настройках тоже её отключаем (настройка wake_button ). Теперь систему не нужно будить, она просыпается сама (потребление энергии чуть больше). А также у нас теперь нет кнопки закрыть на передней части двери, и нужен концевик. Либо замок – щеколда
• Убираем внутреннюю кнопку. Этот вариант годится для шкафов и сейфов. В настройках ничего менять не нужно
• Убираем светодиод. В настройках ничего менять не нужно
• Кнопку сброса доступа можно отпаять после первого использования, либо переписать код под себя

• Дверь закрыта, нажато СНАРУЖИ - проснуться, ждать ввод пароля/RFID метку/электронный ключ/отпечаток пальца
• Дверь закрыта, система проснулась, ждёт ввод пароля. Время можно настроить (настройка sleep_time )
• Дверь закрыта, введён пароль/метка/ключ и т.д. - открыть
• Дверь закрыта, нажато ВНУТРИ - открыть
• Дверь открыта, нажато СНАРУЖИ - закрыть
• Дверь открыта, нажато ВНУТРИ - закрыть
• Дверь открыта, нажат КОНЦЕВИК - закрыть

В замке предусмотрена работа от аккумулятора в режиме пониженного энергосбережения (включить выключить: настройка sleep_enable ), а именно:

• Просыпаться каждые несколько секунд, следить за СОБЫТИЕМ (опциональный вариант, если снаружи нет кнопки. Включить можно в настройке wake_button )
• Каждые несколько минут следить за напряжением акума (вкл/выкл настройка battery_monitor )
• Если акум разряжен (напряжение устанавливается в настройке bat_low ):
  • открыть дверь (опционально, можно настроить в прошивке open_bat_low )
  • запретить дальнейшее открытие и закрытие
  • при нажатии на кнопки мигать красным светодиодом
  • перестать следить за СОБЫТИЕМ (т.е. ввод пароля/метка и т.д.)

Когда система не спит, нажать кнопку смены пароля (скрытая кнопка). Попадаем в режим смены пароля :
Вводим пароль из цифр (МАКСИМУМ 10 ЦИФР!!! )

• При нажатии * пароль записывается в память и система выходит из смены пароля
• При нажатии # пароль сбрасывается (можно вводить заново)
• Если ничего не нажимать 10 секунд, автоматически выйдем из режима смены пароля, пароль останется старый

Когда система не спит (проснулись по кнопки или сон отключен), нажать * для входа в режим ввода пароля
Если система спит и периодически просыпается проверять СОБЫТИЕ, то нажимаем * и удерживаем, пока не загорится красный светодиод
Режим ввода пароля:

• Обработка пароля сделана таким образом, что правильный пароль засчитывается только при наборе правильной последовательности цифр, то есть если пароль 345, то вводить можно любые числа до тех пор, пока не появится последовательность 345, т.е. 30984570345 откроет замок, так как оканчивается на 345.
• Если пароль введён верно, дверь откроется
• Если ничего не нажимать, через 10 секунд система вернётся в обычный (дежурный) режим
• Если нажать #, сразу выйдем из режима ввода пароля
• Если нажать секретную кнопку смены пароля в режиме ввода пароля, то тоже из него выйдем