¡Candado de combinación digital !: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Siempre me he preguntado cómo funcionan las cerraduras electrónicas, así que una vez que terminé el curso básico de electrónica digital, decidí construir una yo mismo. ¡Y te ayudaré a construir el tuyo propio!

Podrías conectarlo a cualquier cosa desde 1v hasta 400v (o tal vez más que depende del RELÉ), CC o CA, para que puedas usarlo para controlar otro circuito, ¡o incluso para electrificar una cerca! (por favor no intentes eso, realmente peligroso)… Conecté un mini árbol navideño a la salida (110v) porque no había quitado la decoración de vacaciones de mi laboratorio, así que estaba por ahí cuando terminé el proyecto.

Aquí hay algunas imágenes del sistema terminado, y también un video, para que pueda verlo funcionando.

Paso 1: ¿Cómo funciona?

Primero pensé en qué se necesitaba procesar y cómo. Así que dibujé este diagrama como un mapa para guiarme mientras construyo cada parte del proyecto. He aquí un resumen de cómo funciona.

• Primero necesitamos un circuito para decodificar las 10 posibles entradas (0-9) a sus 4 salidas BCD (decimal codificado en binario), y otra salida que nos diga cuando se presiona cualquier botón.
• Luego, necesitamos construir el circuito para que nuestras dos pantallas de 7 segmentos funcionen correctamente, con 4 entradas para un número BCD y, por supuesto, 7 salidas para nuestras pantallas (utilicé el IC 74LS47)
• Luego, un circuito para guardar cada número presionado y alternar entre pantallas
• Así como una memoria interna para nuestra contraseña
• Y, el hogar de nuestra cerradura, el comparador (sus 8 bits, porque hay 4 bits por dígito en la pantalla, lo que significa que si quieres hacer una cerradura de 4 dígitos necesitarás dos de estos conectados entre sí). nosotros si los números en las pantallas son los mismos que la contraseña guardada en las memorias internas.
• Y finalmente un circuito para mantener la señal ABRIR o CERRAR durante un tiempo indeterminado, y por supuesto una salida (eso es lo que quieras controlar con tu cerradura)

Paso 2: Materiales

Aquí tienes todo lo que necesitas. NOTA: Tomé la mayoría de los materiales de una vieja placa de VCR, así que eran "gratis", lo que hace que este proyecto sea realmente económico. En total gasté alrededor de 13 dlls (la mayor parte del IC costó 76 cnts, excepto el D-ff (alrededor de 1,15) porque no tenía IC, pero puedes guardarlos para proyectos futuros, son una gran inversión. Componentes:

• Muchos diodos (unos 20) para realizar conexiones unidireccionales.
• Un transistor NPN (para alimentar la bobina de relé con suficiente corriente)
• Un relé (para controlar el dispositivo conectado)
• Un LED rojo (para indicar cuando el sistema está BLOQUEADO)
• 14 pulsadores
• Muchas resistencias (realmente no importa la resistencia, es solo para configurar los pines IC en 1 o 0 [+ o -])
• Dos pantallas de 7 segmentos.
• ¡¡Mucho alambre !!

Circuitos integrados:

• Dos 7432 (O GATES) para construir el DEC a BCD y el comparador
• Dos 7486 (XOR GATES) alma del comparador.
• Dos controladores de pantalla 7447
• Cuatro 74175 (4 D-FF) cada uno es una memoria capaz de contener 4 bits.
• Un 7476 (2 JK-FF) para el selector de pantalla y para mantener la señal ABRIR CERRAR.
• Un 7404 (NO PUERTA) invierte el pulso del reloj para el selector de pantalla. (podría usar un transistor NPN insertado, porque solo necesita una puerta (el ic tiene 6).

Instrumentos:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Alicates
• Cuchillo exacto
• Fuente de alimentación de 5 V CC (circuitos de alimentación)
• Fuente de alimentación de 12V DC (alimenta la bobina del relé)
• Fuente de alimentación de 120 V CA (alimenta el dispositivo en la salida)

NOTA: Usé alrededor de 8 pies de cable, y un consejo sobre esto, en lugar de comprar un costoso cable protoboard, puede comprar 3 pies de cable ethernet, pelarlo y tendrá 8 o 9 cables, cada uno con un color diferente y 3 pies de largo. (Eso es exactamente lo que hago, ya que el cable normal de la protoboard es de aproximadamente 10 pies por dólar. Pero por un dólar, podrías tener 3.3 pies de cable Ethernet, ¡así que terminarías con unos 27-30 pies!

Paso 3: Dec a BCD

El primer paso es construir el sistema de entrada, para que puedas comunicarte con tu cerradura. He diseñado el siguiente circuito para lograr dos objetivos principales.

• Convierta cualquiera de los 10 números de (0-9) a su contraparte BCD (binaria). (En realidad, hay un IC para este propósito, pero no estaba en stock cuando fui a mi tienda electrónica local. te ahorrarás mucho tiempo y problemas, pero creo que es más divertido de esta manera)
• Ser capaz de detectar cada vez que se presiona un botón.

Para resolver el primer problema, debemos echar un vistazo a esta tabla de verdad para saber qué salida (ABCD) será alta (1) cuando presionemos cada botón. 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 Ahora aquí es donde algo que me encanta de los dispositivos digitales se vuelve útil… Hay muchas formas de hacer una cosa…. Es como las matemáticas, puedes llegar a 3 sumando 1 + 2, o restando 4-1, o 3 ^ 1…. En otras palabras, podrías construir muchos circuitos diferentes para lograr el mismo objetivo, esto es algo que facilita nuestra tarea actual. Diseñé este circuito porque pensé que usaba pocos circuitos integrados, ¡pero podrías diseñar el tuyo propio! Ahora, sé que algunos tal vez se rascan la cabeza tratando de averiguar por qué usé tantos diodos, bueno, aquí está la respuesta … Los diodos funcionan como una conexión unidireccional, así que en un par conectado como en mi circuito, si hay (1) voltaje en su "lado positivo" conducirá corriente, por lo que también tendremos voltaje en el otro lado, pero si hay un voltaje negativo o inexistente (0) se comportará como un circuito abierto. Vamos a comprobar el comportamiento de estos diodos, llamando al primer ánodo de diodo (+) "E", y al segundo ánodo de diodo "F" y la salida será su cátodo conectado "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Puede ver que tenemos exactamente el mismo comportamiento que un OR GATE, y luego, ¿Por qué no usar solo diodos, de esa manera ahorrará aún más? ¿Circuitos y dinero?… Bueno, la respuesta es simple, y realmente debería tomarla en consideración, el VOLTAJE CAYÓ en CADA DIODO. Normalmente es de alrededor de 0,65 V. ¿Porqué es eso? Debido a que cada diodo necesita al menos 0,6 V a través de su ánodo y cátodo para que su unión se acerque y pueda comenzar a conducir. En otras palabras, por cada diodo que conecte y funcione al mismo tiempo, perderá 0,65 V … eso no sería un gran problema si solo estuviéramos encendiendo leds, pero estamos trabajando con TTL IC, eso significa que necesitamos al menos más de 2 V. Y como comenzamos con 5 v.. Eso significa que conectando 5 diodos causará una falla en nuestro circuito (el circuito integrado no podría distinguir entre 0v y menos de 2v …) Por eso nunca usé más de 2 diodos en cada entrada … NOTA: Debe conectar una resistencia conectada a GND en cada entrada OR Gate … Para resolver el segundo problema, simplemente agregué un diodo a cada ABCD, y 0, y los conecté, así que siempre que cualquiera de ellos sea 1, tendrá un 1 en "Presione" (P). Ahora todo lo que queda es construirlo en tu tablero, o si quieres ahorrar un poco más de espacio, puedes hacer lo que hice, y perforar algunos agujeros en una cartulina y soldar los diodos y los pulsadores allí … Si es necesario más información sobre Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Si necesita más información sobre diodos:

Paso 4: pantallas

Este paso es uno de los más fáciles, solo necesitamos decodificar las entradas ABCD para manejar la pantalla de siete segmentos… Y afortunadamente ya existe un circuito integrado que nos ahorrará toda la lógica, tiempo y espacio.

Si está utilizando una pantalla de ánodo común, necesitará un 7447.

Si está utilizando una pantalla de cátodo común, necesitará un 7448.

El cableado es el mismo, así que de cualquier manera podrías usar mi esquema.

Las entradas ABCD para cada IC provienen de la salida de cada memoria (revisaremos las memorias en el siguiente paso)

Paso 5: memoria

Aquí es donde cambiamos de lógica combinacional, a lógica secuencial… Para hacer la memoria de 4 bits (ABCD) solo necesitamos un D-Flip Flop para cada bit, y en el 74175 tenemos 4 de esos. Recuerde que cada número está representado en ABCD, por lo que cada 74175 puede guardar un número. Para obtener más información sobre cómo funciona el D-flipflop y cómo guarda información, visite: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop La entrada de las dos primeras memorias (Datos "D") viene del codificador DEC a BCD que construimos en el primer paso. Pues tenemos la información que va a retener cada uno, pero, ¿cuándo la van a guardar? Por supuesto, uno guardará el primer número presionado y el otro el segundo número presionado… Entonces, ¿cómo obtenemos este efecto? Bueno, con otro tipo de FF (flip flop) el JK, cuando las entradas J y K son altas, cambiará el estado de las salidas a su complemento (negación), en otras palabras, tendremos en "Q" 1, luego 0 luego 1 nuevamente, luego 0 y así sucesivamente. Esta Q y Q´ son el reloj de las memorias (lo que les dirá cuando guardar nuevos datos). El pulso que determinará cuando se haga este cambio es la "P" que es alta cada vez que presiona cualquier número, pero para Guarde la información a tiempo, necesitaremos lo contrario, así que aquí es donde usamos NOT GATE. En otras palabras, una vez que presionamos un botón, el jk ff cambiará su salida, encendiendo la primera memoria, para que guarde los datos, luego presionamos nuevamente y el primer estado de grabación de memoria estará apagado, pero la segunda memoria guardará los nuevos datos! Agregué en este punto un botón de reinicio que volverá a poner ambas memorias (ABCD) en 0, y devolverá el selector de pantalla (jk ff) a la primera memoria. Para obtener más información sobre el JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Ahora… ¿por qué dije que necesitamos cuatro 74175? Bueno para guardar la contraseña !! Si bien es posible configurar la contraseña con resistencias en GND o Vcc, eso hará que su contraseña sea estática e imposible de cambiar si realiza su bloqueo en una PCB. Entonces, con una memoria, puede guardar la contraseña y cambiarla tantas veces como desee. Las entradas serán las salidas de la memoria de nuestras pantallas, por lo que cuando un pulso positivo alcance su reloj, estará haciendo frente a los números que aparezcan en las pantallas. (tanto las memorias como las memorias de contraseña tendrán la misma información). Por supuesto, el pulso de "nueva contraseña" solo estará disponible si ya introdujo la contraseña correcta y abrió la cerradura. En total tendremos una capacidad de almacenamiento de 2 Bytes o 16 bits !!

Paso 6: comparar

En este punto tenemos un sistema que es capaz de guardar cada número que presionamos en una pantalla y luego en la otra, y copiar esa información a las memorias de contraseñas … todavía nos falta lo esencial, el Comparador … un circuito que comparará los dos (ABCD) de las memorias de pantalla con las dos (ABCD) de las memorias de contraseña. Una vez más, ya hay un IC de la familia TTL que hace todo el trabajo sucio, pero no estaba disponible en mi tienda electrónica local. Así que construí el mío. Para entender cómo lo hice, veamos la tabla de verdad XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Observe que siempre que A y a tienen el mismo valor, la salida es baja (0). Entonces, si son diferentes, tendremos un 1 en la salida. Lo que significa que con una puerta XOR puede comparar 2 bits uno de la memoria de pantalla y el otro de la memoria de contraseña. Basado en eso, construí el siguiente circuito, recuerde que puede construirlo a su manera, porque hay muchas formas de llegar a la misma respuesta aquí en electrónica digital. Este circuito toma los 8 bits de las memorias de la pantalla (un bit por XOR, porque la otra entrada debe usarse con la memoria de contraseña) y los 8 bits de las memorias de contraseña (es un comparador de 1 Byte). Y entregará solo una salida. si y solo si la información en ambas memorias de pantalla es la misma que la información en las memorias de contraseña, tendremos una salida baja (0). En otras palabras, si la información en ambos conjuntos de memorias difiere, incluso en 1 bit, la salida será alta (1).

Paso 7: abrir / cerrar

Finalmente la última parte, ¡ya casi terminamos! Pronto podrás bloquear cualquier dispositivo o electrificar cualquier cerca (¡no lo hagas!). Ahora, tomaremos la última información y la interrumpiremos presionando un botón, así que si alguien escribe accidentalmente la contraseña correcta, la cerradura no se abre (llamé a este botón "enter", realmente inteligente, ¡eh!) Y después del botón enter, vendrá el pestillo RS, un dispositivo que puede convertir Q´ a 1 si hay un 0 en su Ingrese R y guárdelo, y Q en 1 si hay un 0 en la entrada S. Para obtener más información sobre el pestillo RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Conecté "Q" a un LED rojo que significa bloqueo, o que el dispositivo controlado está APAGADO. Y "Q´" a un transistor que proporcionará al relé suficiente corriente para encenderlo, encendiendo el dispositivo controlado. "Q´" se conectó a un pulsador, (que llamé nuevo botón de contraseña por razones obvias) de modo que cuando lo pulsas cerrarás el circuito entre Q´ y la entrada del reloj para la memoria de la contraseña. Si Q´ es Bajo (sistema bloqueado) nada cambiará en la memoria de contraseña cuando se presione el botón, pero si es Alto (sistema abierto) el reloj se activará y las memorias de contraseña copiarán la información en las memorias de pantalla. contraseña). Y conecté una resistencia a GND y a un pulsador (botón de bloqueo) y de allí a la entrada S, por lo que siempre que lo presione, bloqueará el sistema. Bueno, aunque podría haber comprado un flip flop RS solo para este propósito, todavía me queda un JK ff de mi 7476. Y, debido a que las entradas R y S son asincrónicas, no tenemos que preocuparnos por el reloj. Así que simplemente conecte las cosas como se muestra en el diagrama (como lo hice yo). Tenga cuidado cuando conecte el relé a CA, use suficiente cinta aislante. ¡No quiere un cortocircuito cuando trabaja con cientos de voltios! Después de conectarnos todo juntos … ¡¡¡finalmente terminamos !!! No dude en comentar cualquier pregunta o sugerencia, si nota algún problema o error, no dude en comentarlo. Estoy aqui para ayudar. Buen candado, quiero decir, buena suerte con ese candado.