Ηλεκτρονικό κλείδωμα

personalized_lock_2_sm
personalized_lock_2_smpersonalized_lock_1_smpersonalized_lock_3_sm
5 5 2 Product



Με δύο ολοκληρωμένα κι ένα τρανζίστορ είναι δυνατόν να φτιάξουμε ένα πολύ αξιόπιστο ηλεκτρονικό κλειδί που θα χρησιμεύει για να ανοίγει μια πόρτα ή να ενεργοποιεί ένα συναγερμό ή οποιοδήποτε άλλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Όπως θα δείτε, το κλειδί αποτελείται από ένα κοινό βύσμα τύπου «jack».

Οι ηλεκτρονικές κλειδαριές υψηλής ασφάλειας γίνονται όλο και πιο περίπλοκες αλλά κοστίζουν αρκετά ακριβά. Η αποτελεσματικότητα πολλών συστημάτων συχνά αποδυναμώνεται από την εφευρετικότητα των κλεφτών, οι οποίοι δε διστάζουν να αγοράσουν τα πιο προηγμένα συστήματα για τη μελέτη της λειτουργίας των συστημάτων ασφαλείας και  έτσι βρίσκουν τρόπο να τα εξουδετερώσουν.

Εδώ προτείνουμε μία οικονομική λύση που χρησιμοποιεί ένα εξατομικευμένο ηλεκτρονικό κλειδί, το οποίο δεν είναι διαθέσιμο στο εμπόριο και ως εκ τούτου, δεν μπορεί να "μελετηθεί" από τους επίδοξους εισβολείς. Παρά το γεγονός ότι η λύση που προτείνουμε βασίζεται σε ένα πολύ απλό κύκλωμα που χρησιμοποιεί μόνο δύο ολοκληρωμένα και ένα τρανζίστορ, μπορεί να εξασφαλιστεί υψηλός βαθμός ασφάλειας και ευελιξία.

Το ηλεκτρονικό κύκλωμα της κλειδαριάς
Εικόνα 1. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα της κλειδαριάς


Το ηλεκτρονικό κύκλωμα

Αρχίζουμε την περιγραφή του κυκλώματος που φαίνεται στην Εικόνα 1, από την πύλη NAND IC1 / Α (βλέπε εικόνα 1) που χρησιμοποιείται σε έναν ταλαντωτή μετάθεσης φάσης και παράγει μία τετραγωνική κυματομορφή. Από το φυλλάδιο πληροφοριών του IC1 διαπιστώνουμε ότι με τάση τροφοδοσίας 12V, η συχνότητα του ταλαντωτή θα δίνεται από τον τύπο:

Hertz = 1100: ( C1 σε μF x R1 σε KΩ)

Με C1, 1μF και R1 ίση με 100 KΩ, βρίσκουμε ότι η συχνότητα της ταλάντωσης είναι περίπου: 

1100: (1 x 100) = 11 Hertz

Χρησιμοποιούμε τον όρο «περίπου», διότι όλοι οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές  παρουσιάζουν συνήθως υψηλή ανοχή. 

Το σήμα από την έξοδο του ταλαντωτή εφαρμόζεται στην είσοδο της δεύτερης πύλης NAND  (IC1 / Β), η οποία  χρησιμοποιείται ως αντιστροφέας και απομονωτής. Η έξοδος του αντιστροφέα εφαρμόζεται στο δικτύωμα C2-R2-R4, το οποίο λειτουργεί ως φίλτρο μετατόπισης φάσης (κύκλωμα διαφόρισης). Η έξοδος του φίλτρου οδηγείται στη μια είσοδο της πύλης XNOR,  IC2 / Α. Η έξοδος του ταλαντωτή οδηγείται επίσης και στην άλλη είσοδο της πύλης  IC2 / Α, μέσω ενός πανομοιότυπου φίλτρου. Το πανομοιότυπο αυτό φίλτρο αποτελείται από τα στοιχεία  C3-R3-R5, με τα στοιχεία R3 και C3 να βρίσκονται στο κλειδί και όχι στο κυρίως κύκλωμα (κλειδαριά). Μετά την πύλη ΧΝΟR, ακολουθεί ένας μανταλωτής RS που αποτελείται από τις πύλες IC1-C και IC1-D.

Πριν συνεχίσουμε, προτείνουμε να δείτε τον πίνακα αλήθειας μιας πύλης XNOR, καθώς και τον πίνακα αληθείας του μανταλωτή που παραθέτουμε στην Εικόνα 2.

Πίνακες αληθείας της πύλης XNOR και του μανταλωτή RS
Εικόνα 2. Πίνακες αληθείας της πύλης XNOR και του μανταλωτή RS

Σύμφωνα με τον πίνακα αληθείας της πύλης XNOR, η έξοδος της πύλης μεταβαίνει σε «λογικό 1» μόνο όταν και οι δύο είσοδοι της πύλης βρεθούν ταυτόχρονα (και οι δύο) στην ίδια λογική κατάσταση (1-1 ή 0-0). Επίσης, η έξοδος Q του μανταλωτή μεταβαίνει πάντοτε σε κατάσταση λογικού 0, καθόσον η είσοδος S του μανταλωτή βρίσκεται σε λογικό 1. Προσέξτε επίσης ότι ο πυκνωτής C7 μπορεί να φορτιστεί μέσω της αντίστασης R7 και μπορεί να εκφορτιστεί μέσω της διόδου DS1. 

Απουσία του κλειδιού (R3-C3), η μία είσοδος του IC2 / A θα βρίσκεται πάντοτε σε «λογικό 0» καθότι γειώνεται μέσω του αντιστάτη R5. Την ίδια στιγμή, η άλλη είσοδος της πύλης IC2 / A θα μεταβαίνει συνεχώς από 0 σε 1, σε 0, σε 1 και ούτω καθ’ εξής καθόσον είναι συνδεμένη με τον ταλαντωτή. Επομένως, η έξοδος τη πύλης IC2 / A θα μεταβεί σε μία ασταθή κατάσταση. Το ίδιο θα συμβεί και στην έξοδο Α του μανταλωτή και το LED DL1 θα αναβοσβήνει. Στην έξοδο B του μανταλωτή θα υπάρχει αστάθεια επίσης και ο πυκνωτής C7 θα εκφορτίζεται παλμικά μέσω της DS1. Επειδή η εκφόρτιση μέσω της DS1 γίνεται πιο γρήγορα σε σχέση με τη φόρτιση μέσω της R7, ο πυκνωτής C7 θα παραμένει αφόρτιστος και η έξοδος της πύλης IC2/B θα παραμένει σε λογικό 0. Σε λογικό μηδέν θα παραμένουν και οι έξοδοι των πυλών IC2/C και IC2/D και ο ηλεκτρονόμος θα παραμένει απενεργοποιημένος. 

Όταν το κλειδί τοποθετηθεί στη θέση του (στο κύκλωμα), οι δύο είσοδοι της πύλης IC2 / A θα βρίσκονται κάθε στιγμή στην ίδια λογική κατάσταση, επομένως η έξοδος της πύλης θα βρίσκεται πάντοτε σε λογικό 1 και η έξοδος Α του μανταλωτή θα μεταβεί σε λογικό 0. Τότε, το LED DL1 θα πάψει να τρεμοσβήνει και θα ανάβει σταθερά και την ίδια στιγμή, η έξοδος B του μανταλωτή θα μεταβεί σε λογικό 1. Με αυτές τις συνθήκες, η δίοδος DS1 θα βρεθεί στην αποκοπή (θα σταματήσει να άγει) και ο πυκνωτής C7 θα φορτιστεί μέσω της R7. Μόλις ο πυκνωτής φορτιστεί, έξοδος της πύλης IC2/B θα παραμένει σε λογικό 1. Σε λογικό 1 θα μεταβούν και οι έξοδοι των πυλών IC2/C και IC2/D και ο ηλεκτρονόμος θα ενεργοποιηθεί. Όσο το ρελέ παραμένει ενεργοποιημένο, ανάβει το LED DL2. Το DL2 λοιπόν, δείχνει ότι η κλειδαριά έχει «ξεκλειδώσει».

Προσέξτε ότι η κλειδαριά ενεργοποιείται μόνο με το σωστό κλειδί. Αν κάποιος αποπειραθεί να συνδέσει ένα αντικλείδι, τότε θα πρέπει να χρησιμοποιήσει το ίδιο δικτύωμα R3-C3 με αυτό του γνήσιου κλειδιού, σε διαφορετική περίπτωση θα υπάρχει διαφορά φάσης μεταξύ των σημάτων στις εισόδους της πύλης  IC2 / A και η έξοδος τη πύλης θα μεταβεί σε μία ασταθή κατάσταση, όπως και στην περίπτωση απουσίας του κλειδιού. 

Κατασκευή 

Μπορείτε να συναρμολογήσετε την κατασκευή στο τυπωμένο κύκλωμα, βάσει του οδηγού συναρμολόγησης της εικόνας 3. Σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε βάσεις για τα ολοκληρωμένα. Κολλήστε αρχικά τις βάσεις στο τυπωμένο, έπειτα τις αντιστάσεις, τους πυκνωτές, το ρελέ, τα LED και τέλος το τρανζίστορ. Όσον αφορά τους πυκνωτές C1, C7 και τα LED DL1 και DL2, θα πρέπει να προσέξετε να τα κολλήσετε με τη σωστή πολικότητα. 

Πως να συναρμολογήσετε την απλή ηλεκτρονική κλειδαριά
Εικόνα 3. Πως να συναρμολογήσετε την απλή ηλεκτρονική κλειδαριά

Το τρανζίστορ ΤR1 θα πρέπει να συγκολληθεί στο PCB, με την επίπεδη πλευρά του σώματός του να ατενίζει προς τη μεριά του ρελέ. Επίσης, θα πρέπει να δημιουργήσετε στην πλακέτα δύο γεφυρώματα. Τα γεφυρώματα (γέφυρες) φαίνονται στην εικόνα 3 ως λεπτές κόκκινες γραμμές. Τα γεφυρώματα μπορούν να φτιαχτούν από ένα λεπτό κομμάτι σύρματος.  


Το κλειδί

Το ηλεκτρονικό κλειδί αποτελείται από τα στοιχεία R3 και C3 που συνδέονται σε σειρά, στο εσωτερικό ενός αρσενικού βύσματος τύπου καρφί (jack). Θυμηθείτε  ότι οι τιμές των C2-R2-R4 πρέπει να είναι πανομοιότυπες με τις τιμές των C3-R3-R5, αλλιώς το κλειδί δεν θα ενεργοποιεί το ρελέ. Γι αυτό προτείνουμε, για τα συγκεκριμένα στοιχεία, να χρησιμοποιήσετε εξαρτήματα χαμηλής ανοχής (αντιστάσεις 1% και πυκνωτές 5%). Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε ελαφρώς διαφορετικές τιμές εξαρτημάτων για τα συγκεκριμένα στοιχεία (C2-R2-R4, R3-C3-R5) από αυτές που υποδεικνύονται στο σχηματικό για να φτιάξετε ένα  εντελώς "προσωπικό κλειδί". Όμως και τότε θα πρέπει να προσέξετε έτσι ώστε τα εξαρτήματα στα ζεύγη C2-C3, R2-R3 και R4-R5 να είναι οπωσδήποτε πανομοιότυπα. Στην εικόνα 4, παρουσιάζεται αναλυτικά ο τρόπος κατασκευής του κλειδιού. 

Πως να φτιάξετε το ηλεκτρονικό κλειδί
Εικόνα 4.Πως να φτιάξετε το ηλεκτρονικό κλειδί 


Τροφοδοσία
 

Το κύκλωμα θα πρέπει να τροφοδοτηθεί από μία σταθεροποιημένη πηγή των 12V. Το ρεύμα τροφοδοσίας σε ηρεμία είναι γύρω στα 10mA.


Συννημένα

Το τυπωμένο κύκλωμα της ηλεκτρονικής κλειδαριάς