Lucchetto con combinazione digitale!: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

Mi sono sempre chiesto come funzionassero le serrature elettroniche, quindi una volta terminato il corso base di elettronica digitale ho deciso di costruirmene una io. E ti aiuterò a costruire il tuo!

Potresti collegarlo a qualsiasi cosa da 1v a 400v (o forse più che dipende dal RELÈ), DC o AC, quindi potresti usarlo per controllare un altro circuito o anche per elettrificare una recinzione!! (per favore non provarlo, davvero pericoloso)… Ho collegato un mini albero di Natale all'uscita (110v) perché non avevo tolto la decorazione delle feste dal mio laboratorio, quindi era in giro quando ho finito il progetto.

Ecco alcune immagini del sistema finito e anche un video, così puoi vederlo funzionare.

Passaggio 1: come funziona?

Per prima cosa ho pensato a cosa doveva essere elaborato e come. Quindi ho disegnato questo diagramma come una mappa per guidarmi mentre costruivo ogni parte del progetto. Ecco un riassunto di come funziona.

• Per prima cosa abbiamo bisogno di un circuito per decodificare i 10 possibili ingressi (0-9) alle sue 4 uscite BCD (Binary Coded Decimal), e un'altra uscita che ci dice quando viene premuto un pulsante.
• Quindi dobbiamo costruire il circuito affinché i nostri due display a 7 segmenti funzionino correttamente, con 4 ingressi per un numero BCD e ovviamente 7 uscite per i nostri display, (ho usato l'IC 74LS47)
• Quindi un circuito per salvare ogni numero premuto e passare da un display all'altro
• Oltre a una memoria interna per la nostra password
• E, il cuore della nostra serratura, il comparatore (i suoi 8 bit perché ci sono 4 bit per cifra nel display, il che significa che se vuoi fare una serratura a 4 cifre avrai bisogno di due di questi collegati insieme). noi se i numeri nei display sono gli stessi della password salvata nelle memorie interne.
• E infine un circuito per mantenere il segnale APERTO o CHIUSO per un tempo indeterminato e, naturalmente, un'uscita (è quello che vuoi controllare con la tua serratura)

Passaggio 2: materiali

Ecco tutto ciò di cui avrai bisogno. NOTA: ho preso la maggior parte dei materiali da una vecchia scheda videoregistratore, quindi erano "gratuiti" rendendo questo progetto davvero economico. In totale ho speso circa 13 dll (la maggior parte dell'IC costa 76 cnts, eccetto il D-ff (circa 1.15) perché non avevo IC, ma puoi tenerle per progetti futuri, sono un ottimo investimento. Componenti:

• Molti diodi (circa 20) per effettuare collegamenti unidirezionali.
• Un transistor NPN (per alimentare la bobina del relè con una corrente sufficiente)
• Un Relè (per controllare il dispositivo connesso)
• Un LED rosso (per indicare quando il sistema è BLOCCATO)
• 14 pulsanti
• Molti resistori (non importa davvero la resistenza, è solo per impostare i pin IC su 1 o 0 [+ o -])
• Due Display a 7 segmenti.
• Un sacco di filo!!

Circuiti integrati:

• Due 7432 (OR GATES) per costruire il DEC in BCD e il comparatore
• Due 7486(XOR GATES) anima del comparatore.
• Due 7447 Display driver
• Quattro 74175(4 D-FF) ciascuno è una memoria in grado di contenere 4 bit.
• Un 7476(2 JK-FF) per il selettore del display e per mantenere il segnale APERTO CHIUSO.
• Un 7404 (NON GATE) inverte l'impulso di clock per il selettore del display. (potresti usare un transistor NPN, perché hai bisogno di un solo gate (il circuito integrato ne ha 6).

Utensili:

• 3 Protoboard (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Pinze
• Coltello esatto
• Alimentazione 5V DC (alimenta circuiti)
• Alimentazione 12V DC (alimenta la bobina del relè)
• Alimentazione 120V AC (alimenta il dispositivo in uscita)

NOTA: ho usato circa 8 piedi di cavo e consigli su questo, invece di acquistare costosi cavi per la scheda prototipi, potresti acquistare 3 piedi di cavo ethernet, spelarlo e avrai 8 o 9 cavi, ciascuno con un colore diverso e 3 piedi di lunghezza. (è esattamente quello che faccio, dal momento che il normale cavo della scheda prototipi è di circa 10 piedi per dollaro. Ma per un dollaro potresti ottenere 3,3 piedi di cavo ethernet, quindi finiresti con circa 27-30 piedi!

Passaggio 3: da dicembre a BCD

Il primo passo è costruire il sistema di input, così puoi comunicare con la tua serratura. Ho progettato il seguente circuito per raggiungere due obiettivi principali.

• Trasforma uno qualsiasi dei 10 numeri da (0-9) alla sua controparte BCD (binaria). (In realtà, c'è un IC per questo scopo, ma non era in stock quando sono andato al mio negozio di elettronica locale. ti risparmierai un sacco di tempo e fatica, ma penso che sia più divertente in questo modo)
• Essere in grado di rilevare ogni volta che viene premuto un pulsante.

Per risolvere il primo problema, dovremmo dare un'occhiata a questa tabella di verità per sapere quale output (ABCD) sarà alto (1) quando premiamo ciascun pulsante. 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 Ora ecco che qualcosa che amo del Digitale diventa utile… Ci sono molti modi per fare una cosa…. È proprio come la matematica, puoi arrivare a 3 aggiungendo 1 + 2 o sottraendo 4-1 o 3 ^ 1 …. In altre parole, potresti costruire molti circuiti diversi per raggiungere lo stesso obiettivo, questo è qualcosa che semplifica il nostro compito attuale. Ho progettato questo circuito perché pensavo che utilizzasse pochi circuiti integrati, ma potresti progettarne uno tuo! Ora, conosco alcuni che forse si grattano la testa cercando di capire perché ho usato così tanti diodi, beh, ecco la risposta … I diodi funzionano come una connessione unidirezionale, quindi in una coppia collegata come nel mio circuito, se c'è (1) tensione sul suo "lato positivo" condurrà corrente, quindi avremo tensione anche sull'altro lato, ma se c'è una tensione negativa o inesistente (0) si comporterà come un circuito aperto. Verifichiamo il comportamento di questi diodi, chiamando il primo diodo anodo (+) "E", e il secondo diodo anodo "F" e l'uscita sarà il loro catodo collegato "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Puoi vedere che abbiamo lo stesso identico comportamento di un OR GATE, e quindi, perché non usare solo diodi, in questo modo risparmierai ancora più integrato Circuiti e denaro?…Beh, la risposta è semplice, e dovresti davvero tenerla in considerazione, la TENSIONE È CADUTA su OGNI DIODO. Normalmente è di circa 0,65 V. Perché? Perché ogni diodo ha bisogno di almeno 0,6 V attraverso il suo anodo e catodo per avvicinare la sua giunzione, in modo che possa iniziare a condurre. I In altre parole, per ogni diodo che colleghi e che funziona allo stesso tempo, perderai 0,65 V… non sarebbe un grosso problema se accendessimo solo i led, ma stiamo lavorando con TTL IC, ciò significa che abbiamo bisogno di almeno più di 2 V. E poiché stiamo iniziando con 5 v.. Ciò significa che collegare 5 diodi causerà un guasto nel nostro circuito (il circuito integrato non sarebbe in grado di distinguere tra 0v e meno di 2v…) Ecco perché non ho mai usato più di 2 diodi in ogni ingresso… NOTA: è necessario collegare un resistore collegato a GND in ogni ingresso OR Gate … Per risolvere il secondo problema ho appena aggiunto un diodo a ciascun ABCD e 0 e li ho collegati insieme, quindi ogni volta che uno di questi è 1, avrai un 1 su "Press" (P). Ora non resta che costruirlo sulla breadboard, o se vuoi risparmiare un po' di spazio in più puoi fare come ho fatto io, praticare dei fori in un cartoncino e saldare i diodi e i pulsanti lì… Se hai bisogno qualche informazione in più su Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Se hai bisogno di qualche informazione in più sui diodi:

Passaggio 4: display

Questo passaggio è uno dei più semplici, abbiamo solo bisogno di decodificare gli ingressi ABCD per pilotare il display a sette segmenti… E fortunatamente c'è già un circuito integrato che ci farà risparmiare tutta la logica, il tempo e lo spazio.

Se stai utilizzando un display ad anodo comune, avrai bisogno di un 7447.

Se stai utilizzando un display a catodo comune, avrai bisogno di un 7448.

Il cablaggio è lo stesso, quindi in entrambi i casi potresti usare il mio schema.

Gli ingressi ABCD per ogni IC provengono dall'uscita di ciascuna memoria (esamineremo le memorie nel passaggio successivo)

Passaggio 5: memoria

Questo è dove passiamo dalla logica combinatoria, alla logica sequenziale… Per fare la memoria a 4 bit (ABCD) abbiamo solo bisogno di un D-Flip Flop per ogni bit, e nel 74175 ne abbiamo 4 di questi. Ricorda che ogni numero è rappresentato in ABCD, quindi ogni 74175 può salvare un numero. Per maggiori informazioni su come funziona il D-flipflop e come salva le informazioni,: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop L'ingresso delle prime due memorie (Dati "D") proviene dal codificatore da DEC a BCD che abbiamo costruito sul primo passaggio. Bene, abbiamo le informazioni che ognuno conserverà, ma quando le salveranno? Ovviamente uno salverà il primo numero premuto e l'altro il secondo numero premuto… Quindi, come si ottiene questo effetto? Ebbene con un altro tipo di FF (flip flop) il JK, quando entrambi gli ingressi J e K sono alti, cambierà lo stato delle uscite al suo complemento (negazione), in altre parole avremo su "Q" 1, poi 0 poi di nuovo 1, poi 0 e così via. Questa Q e Q´ sono l'orologio per le memorie (cosa dirà loro quando salvare nuovi dati.) L'impulso che determinerà quando verrà apportata questa modifica è la "P" che è alta ogni volta che si preme un numero, ma per salvare le informazioni in tempo, avremo bisogno del contrario, quindi ecco dove usiamo il NOT GATE. In altre parole, una volta premuto un pulsante, il jk ff cambierà il suo output, accendendo la prima memoria, in modo che salverà i dati, quindi premiamo nuovamente e il primo stato di registrazione della memoria sarà spento, ma la seconda memoria salverà i nuovi dati! Ho aggiunto a questo punto un pulsante di reset che riporterà entrambe le memorie (ABCD) a 0, e riporterà il selettore del display (jk ff) alla prima memoria. Per ulteriori informazioni sul JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Ora… perché ho detto che abbiamo bisogno di quattro 74175? Bene per salvare la password!! Sebbene sia possibile solo impostare la password con i resistori su GND o Vcc, ciò renderà la tua password statica e impossibile da modificare se ottieni il blocco in un PCB. Quindi, con una memoria, puoi salvare la password e cambiarla tutte le volte che vuoi. Gli ingressi saranno le uscite della memoria dei nostri display, quindi quando un impulso positivo raggiunge il loro orologio, dovrai affrontare qualunque numero ci sia nei display. (entrambe le memorie e le memorie password avranno le stesse informazioni). Ovviamente l'impulso "nuova password" sarà disponibile solo se hai già introdotto la password corretta e aperto il lucchetto. In tutto avremo una capacità di memorizzazione di 2 Bytes o 16 bit!!

Passaggio 6: confronto

A questo punto abbiamo un sistema in grado di salvare ogni numero che premiamo in un display poi nell'altro, e di copiare quell'informazione nelle memorie password… ci manca ancora l'essenziale, il Comparatore… un circuito che confronterà i due (ABCD) delle memorie del display con i due (ABCD) delle memorie delle password.. Di nuovo, c'è già un IC della famiglia TTL che fa tutto il lavoro sporco, ma non era disponibile nel mio negozio di elettronica locale. Così ho costruito il mio. Per capire come ho fatto, diamo un'occhiata alla tabella di verità XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Nota che ogni volta che A e a hanno lo stesso valore, l'output è basso (0). Quindi, se sono diversi, avremo un 1 in uscita. Ciò significa che con un XOR Gate puoi confrontare 2 bit uno della memoria del display e l'altro della memoria delle password. Sulla base di ciò ho costruito il seguente circuito, ricorda che puoi costruirlo a modo tuo, perché ci sono molti modi per ottenere la stessa risposta qui nell'elettronica digitale. Questo circuito prende gli 8 bit delle memorie del display (un bit per XOR, perché l'altro ingresso dovrebbe essere usato con la memoria delle password) e gli 8 bit delle memorie delle password (è un comparatore da 1 Byte). E consegnerà solo un output. se e solo se le informazioni su entrambe le memorie display sono le stesse delle informazioni nelle memorie password, avremo un'uscita (0) bassa. In altre parole, se le informazioni su entrambi i set di memorie differiscono, anche su 1 bit, l'uscita sarà alta (1).

Passaggio 7: Apri/Chiudi

Finalmente l'ultima parte, abbiamo quasi finito! Presto sarai in grado di bloccare qualsiasi dispositivo o elettrificare qualsiasi recinzione,, (Per favore non!) Ora prenderemo l'ultima informazione e la interromperemo con un pulsante, quindi se qualcuno scrive accidentalmente la password corretta, il lucchetto non si apre. (Ho chiamato questo pulsante "invio", davvero intelligente, eh!,) E dopo il pulsante di invio, verrà il latch RS, un dispositivo che può trasformare Q´ su 1 se c'è 0 sul suo R input e salvalo, e Q a 1 se c'è uno 0 nell'input S. Per maggiori informazioni su RS latch: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Ho collegato "Q" a un led rosso che significa blocco, o che il dispositivo controllato è spento. E "Q´" a un transistor che fornirà al relè abbastanza corrente per accenderlo, accendendo il dispositivo controllato. "Q´" è stato collegato a un pulsante, (che ho chiamato nuovo pulsante password per ovvi motivi) in modo che quando si preme quel pulsante si chiuderà il circuito tra Q´ e l'ingresso dell'orologio per la memoria della password. Se Q´ è basso (sistema bloccato) non cambierà nulla nella memoria password quando viene premuto il pulsante, ma se è alto (sistema aperto) verrà attivato l'orologio e le memorie password copieranno le informazioni sulle memorie del display. parola d'ordine). E collegato un resistore a GND e a un pulsante (pulsante di blocco) e da lì all'ingresso S, quindi ogni volta che lo premi, bloccherai il sistema. Bene, anche se avrei potuto acquistare un infradito RS solo per questo scopo, ho ancora un JK ff rimasto dal mio 7476. E, poiché gli ingressi R e S sono asincroni, non dobbiamo preoccuparci dell'orologio. Quindi basta collegare le cose come mostrato nel diagramma (come ho fatto io). Fai attenzione quando colleghi il relè alla corrente alternata, usa abbastanza nastro isolante. Non vuoi un cortocircuito quando lavori con centinaia di volt! Dopo aver collegato tutto insieme… abbiamo finalmente finito!!! Sentiti libero di commentare qualsiasi domanda o suggerire, se noti qualche problema o errore, non dubitare nel segnalarlo. Sono qui per aiutare. Buona serratura, voglio dire, buona fortuna con quella serratura.