Электронный кодовый замок. Простейший кодовый замок на реле, для начинающих

Кодовый замок вообще очень удобная и практичная вещь. С его установкой пропадает необходимость постоянно таскать кучу метал­лических ключей в кармане, чтобы открыть тот или иной сарай. Для этого достаточно просто вспомнить код.

Кодовые замки, в общем случае, по своим характеристикам можно разделить на две категории: механические и электронные.

Большинство электронных кодовых замков выполнено на микро­схемах триггеров К561ТМ2, КТЗ или на специализированных как раз для этого дела микросхем. Особенно изощренные конструкции появ­ляются в наше время на микроконтроллерах и сенсорах. Три простые схемы представил Нифашев Дмитрий на www.radiokot.ru .

Сначала рассмотрим кодовый замок на микросхеме 4017 (HEF4017BP). Код замка состоит из четырех цифр, нажимаемых в заданной последовательности. Чтобы подобрать код, придется пере­брать 10000 вариантов.

Предлагаемая схема (рис. 1) поможет собрать простой кодовый замок с высокой шифростойкостью.

Рис. 1. Схема простого кодового замка

На схеме обозначены:

♦ кнопками S6-S9 «правильные» кодовые цифры;

♦ кнопками SI-S5 цифры, которые в коде не нужны вовсе.

Первоначально на выводе 3 ИМС присутствует логическая «1».

Когда нажимается кнопка «S6», логическая «1» поступает на вход счет­чика 14, и логическая «1» появляется на выводе 2. Таким же образом, после нажатия кнопки «S7» логическая «1» появляется на выходе 4, а после нажатия кнопки «S8» - на выходе 7.

После нажатия последней верной цифры «S9» логическая «1» появ­ляется на выходе 10. Транзистор VT2 открывается, реле срабатывает и своими контактами подключает нагрузку. Срабатывание реле инди­цируется светодиодом.

В случае нажатия любой из «неверных» цифр (SI-S5) логиче­ская «1» поступит на вывод 15 («Reset» - сброс в исходное состоя­ние), и подбор кода придется начинать сначала. Замок на микросхеме К561ИЕ9 и полевом транзисторе КП501А.

Схема кодового замка (рис. 2) принципиальных отличий в слож­ности от предыдущей схемы имеет немного.

Рис. 2. Схема простого кодового замка с расширенной клавиатурой

Микросхема представляет собой четырехзначный счетчик Джонсона. Принцип работы данной схемы, подобен схеме расписанной выше, хотя кнопок на ней и больше.

В завершении рассмотрим замок на двух микросхемах К561ТМ2 (рис. 3).

Рис. 3. Схема простого кодового замка на двух микросхемах К561ТМ2

Работает электрическая схема следующим образом. В началь­ный момент, при подаче питания, цепь Cl, R1 формирует импульс обну­ления триггеров (на выходах 1 и 13 микросхем будет лог «0»).

При нажатии на кнопку первой цифры кода (на схеме - SB4), в момент ее отпускания триггер D1.1 переключится, т. е. на выходе D1/1 появится лог. «1», так как на входе D1/5 есть лог. «1». При нажатии очередной кнопки, если на входе 0 соответствующего триггера име­ется лог. «1», т. е. предыдущий сработал, то лог. «1» появится и на его выходе. Последним срабатывает триггер D2.2, а чтобы схема не осталась в таком состоянии надолго, используется транзисторVT1. Он обеспечивает задержку обнуления триггеров.

Задержка выполнена за счет цепи заряда конденсатора С2 через резистор R6. По этой причине на выходе D2/13 сигнал лог. «1» будет присутствовать не более 1 секунды. Этого времени вполне достаточно для срабатывания реле К1 или электромагнита. Время, при желании, легко можно сделать значительно больше, применив конденсатор С2 большей емкости.

Для повышения устойчивости к взлому количество «ненужных» кнопок можно увеличить. До любого количества - все зависит от вашего желания и обстоятельств.

Примечание.

В процессе набора кода нажатие любой ошибочной цифры обнуляет все триггеры.

В завершении следует отметить, что со временем «нужные» кнопки начинают истираться и отличаться от всех остальных. Так что жела­тельно иногда менять кнопки местами, чтобы обеспечить их равно­мерный износ.

Электронный кодовый замок

Этот замок прост в изготовлении и налаживании. При этом он позволяет использовать четырехзначный код и ограничивает время набора последнего. Электронная часть замка выполнена на микросхемах КМОП серии К561. Принципиальная схема устройства приведена на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная схема электронного замка

Устройство состоит из четырех RS-триггеров (две микросхемы К561ТМ2) DD1. 1, DD1. 2, DD2. 1, DD2. 2. Кнопки наборного поля располагаются с наружной стороны двери. Перед набором кода необходимо нажать кнопку SB11 «Сброс». Конденсатор С1 при этом быстро разряжается, а после отпускания кнопки он начинает медленно заряжаться от источника питания + 9 В через резистор R3. Пока напряжение на конденсаторе С1 не достигнет значения+ 4, 5 В и более, на входе S триггера DD1. 1 присутствует нулевой потенциал, который разрешает работу первого RS-триггера на элементе D1. 1.

При нажатии кнопки SB1 (первая цифра кода) триггер переключается и на его прямом выходе положительный потенциал изменяется на нулевой. Этот потенциал разрешает работу следующего триггера на элементе DD1. 2.

После нажатия кнопки SB2 (вторая цифра кода) триггер на элементе DD1. 2 переключается и на его инверсном выходе появляется нулевой потенциал, тем самым разрешается работа следующего RS-триггера на элементе DD2. 2. Далее последовательно нажимают кнопки SB3 (третья цифра кода) и SB4 (четвертая цифра кода), Наконец срабатывает последний RS-триггер на элементе DD2. 1, на его инверсном выходе появляется нулевой потенциал, что приводит к закрыванию транзистора VT1 и, как следствие, к открыванию транзистора VT2, который включает исполнительное устройство, например реле или электромагнит.

Прямой выход RS-триггера DD2. 1 для включения исполнительного устройства использовать нельзя. Это связано с тем, что в случае исполнительное устройство срабатывает даже при нажатии только одной кнопки SB4, т. е. без набора трех первых цифр, а это недопустимо.

Время набора цифр кода ограничено временем заряда конденсатора С1 и зависит от его емкости и сопротивления резистора R3. При номиналах, указанных на рис.1, время заряда составляет примерно 15 с. Если за это время код не будет набран, то все RS-триггеры возвратятся в исходное состояние и набор придется повторить. Если во время набора кода будет набрана хотя бы одна неправильная цифра (кнопки SB5-SB10), то все RS-тригтеры также возвратятся в исходное состояние.

Количество цифр в коде может быть увеличено, если включить последовательно еще несколько микросхем. Но, как показывает практика, четыре цифры обеспечивают достаточную надежность системы.

Печатная плата устройства выполнена из одностороннего фольгированного стекло текстолита размером 65х40 мм. Рисунок печатной платы приведен на рис.2. В качестве исполнительного устройства использовано реле РЭС-49. Размещение элементов на плате устройства приведено на рис.3. Микросхемы DD1, DD2 серии К561ТМ2 можно заменить без изменения рисунка печатной платы на микросхемы К176ТМ2. Резисторы R1 -R7 - типа МЛТ-0, 125 или им аналогичные. Конденсатор С1 нужно выбрать с возможно меньшим током утечки. Время набора устанавливают экспериментально, путем подбора номинала конденсатора С1. В качестве кнопок можно использовать любые, в том числе и от телефонного аппарата (кроме SB11).

Электронный кодовый замок - это не только эффективный механизм обеспечения безопасности, но и достаточно эффектное и стильное решение, которое может хорошо украсить своим видом многие моддинг проекты, выполненные в соответствующих стилях. Конечно, в дизайнерских целях можно сделать и бутафорский электронный кодовый замок, но куда лучше будет сделать работающее решение. А так как мы моддеры, то делать его мы будем своими руками.

Доброго времени суток всем моддерам и не только! Накануне написания данного гайда, мне не удалось найти в сети какого-либо материала на эту тему, посему я и взялся за написание собственной теоретической статьи о создании электронного кодового замка. Подобные замки довольно просты в изготовлении и могут иметь огромное количество вариантов кодов, с любым количеством знаков, но при этом имеют свои минусы:

• цифры не могут повторяться (теоретически могут, но на практике это не имеет смысла. Почему - читайте дальше 🙂
• кнопки разделяются на «правильные» и «неправильные», а это значит, что, сколько не нажимай на «правильную» кнопку (в любом порядке) остальная часть правильно введенного кода не собьется
• по звуку реле можно подобрать код (прячьте подальше)

И сразу просьба: если кто-то придумает как избавится от этих недостатков - напишите.

Если вас все устраивает, то приступим. Нам понадобится:

• стеклотекстолит (желательно фальгинированный), хотя один мой знакомый умудрился спаять на картоне 🙂
• тонкие провода
• если стеклотекстолит с металлом, то нужна пластмассовая, эмалированная или стеклянная емкость, хлористое железо и нитроэмаль
• кнопки (обязательно работающие на замыкание и размыкание)
• реле-герконы (РЭС*** зависит от вольтажа, нужно столько, сколько знаков кода)
• растворитель
• дрель + сверло 1.5 мм
• если кусок стеклотекстолита слишком большой, то электролобзик/дремель/гильотина
• принтер
• ну, и как всегда, прямые руки + голова на плечах

• Sprint Layout 4.0

После всех приготовлений можно переходить на стадию разработки схемы (если вам лень создавать свою схему, то можете перейти сразу к концу пункта 1, там я выложу схемы замка с кодом 3846).

Создание схемы для кодового замка

Для начала нужно понять принцип работы замка. Основная его деталь - реле-геркон (далее геркон):

Когда на катушку попадает напряжение, она переключает контакт с одной ножки на другую и, соответственно, если цепь размыкается, контакт возвращается обратно. Значит, если замкнуть предварительно пустую ножку с одним контактом катушки и сделать систему, показанную на рисунке, то при нажатии кнопки геркон переключит контакт с одной ножки на другую, и после
отпускания кнопки цепь не разомкнется (исключение: если цепь размыкается до «-in»,то в таком случае контакт вернется обратно, и введенный код сбросится (его мы и используем)).

Таких групп наставить можно сколько угодно и по методике пазлов сложить код. Теперь, чтобы получился полноценный замок, размыкаем цепь перед первой группой и заполняем все оставшиеся кнопки будущей клавиатуры такими же кнопками, но работающими на размыкание (т.е. так, чтобы они при нажатии не замыкали цепь, а размыкали). В простейшем случае выйдет что-то типа этого:

Исходя из этого, можно нарисовать схему замка с любым кодом. Для тех, кому лень создавать свою схему, вот схема (нормальная и зеркальная соответственно) замка с кодом 3846:

* На кнопках стоят перемычки - это не дорожки, это обозначены ножки, изначально замкнутые
** Все детали придется рисовать самому, т.к. в макросах нужных нет
*** Красным обозначены провода (для того, чтобы нарисовать: нажимаем стороны/активная сторона/маска сторона (1))

Изготовление кодового замка

Итак, у нас есть схема, нужное количество герконов (столько, сколько кнопок на замыкание), самих кнопок, материал и инструменты. Можно приступать к изготовлению.

• Печатаем схему в двух экземплярах (причем одну зеркально), нормальную отрезаем.
• Приклеиваем ее к не фальгинированной стороне клеем ПВА.
• Сверлим через бумагу дырки под ноги герконов и кнопок, после чего лучше намочить и снять бумагу. Чем быстрее все произойдет, тем легче будет снять бумагу, но не спешите при сверлении! . Нужна большая точность!
• Если у вас стеклотекстолит не фальгинированный, то придется паять провода и пропускать шаги 4-7.
• Смотрим на зеркальную схему и рисуем на фальгинированной стороне нитроэмалью будущие дорожки.
• После высыхания эмали ложем плату в пластиковую/эмалированную/стеклянную емкость и заливаем раствором хлористого железа
• Ждем пока металл на плате «сожрется».
• Вынимаем плату, обливаем водой, стираем растворителем эмаль, моем, сушим, проверяем дорожки на наличие контакта.
• Припаиваем все детали на свои места со стороны без дорожек, возможно придется допаять провода (где не получилось подвести дорожки)
• Если надо, делаем корпус, подключаем питание и наслаждаемся результатом.

Вы можете использовать различные циферблаты.

Сейчас многие устанавливают металлические двери. Но есть у них уязвимое место - замок! Соседу видимо, из хулиганских побуждений, его дважды сильно повреждали, натолкав в скважину гвоздей, спичек. Не сумев открыть, приходилось высверливать замок. Я задумал сделать простой механический, но кодовый замок, который было бы нелегко повредить. Замок снаружи выглядит как на ровной двери видны лишь шляпки-ручки, которые легко вращаются, но не нажимаются, не двигаются никуда. Форма у них сферическая, поверхность гладкая ничем не подцепить.

Секрет замка в том, что после установки всех ручек в строго определенное положение одну из них, внешне ничем не отличающуюся от других, надо сдвинуть в сторону- и только тогда замок откроется. У меня сдвигается ручка 2, а остальные служат для установки кода.

Принцип действия поясняется на рисунке 2. Все зависит от положения пальца вращающейся ручки в отверстии. Возможна различная позиция его относительно отверстия и его боковой прорези При совпадении кода (положение 1) появляется возможность смещения подвижной пластины (засова) влево относительно ручки. В других положениях ручки (2, 3, 4) планка и палец ручки упираются в различных местах и создают препятствие движению засова. Одна из ручек (2) ложная, не кодовая, - это «ключ». Она так же, как и другие, свободно вращается и внешне ничем не отличается от них. Лишь только при правильном положении всех остальных ручек появляется возможность воспользоваться ею для открывания замка путем сдвига ее в сторону (в данном случае влево).

Размеры ручек замка и всей конструкции не критичны - кому какие под ходят и какой толщины металл имеется в наличии. Важна идея. Но следует учесть, что при маленьких размерах требуется большая точность. Трудность для изготовления представляют ручки, так как их надо точить на токарном станке.

Особенности изготовления замка.

1 - пластина внутренняя неподвижная; 2 - пластина подвижная, тянущая засов (защелку); 3 - пластина наружная, неподвижная (или обшивка металлической двери); 4, 14 - шайбы; 5 - выступ на ручке (заклепка); 6 - выступ неподвижный на косяке двери; 7 - направляющие засова; 8 - выступ подвижной пластины, тянущий засов; 9 - засов двери (замка) с ручкой для открывания изнутри; 10 - пружина толкающая засов на закрытие; 11 - упор пружины неподвижный (на двери); 12 - ручка-грибок установки кода; 13 - шплинт.

А - предварительная форма; Б - окончательная форма.

1 - кодовое положение ручки в отверстии (замок может быть открыт); 2,3 4 - случайные положения ручки (замок не открывается).

Я взял пакет из трех пластин (если использовать обшивку двери в качестве одной из неподвижных пластин, то достаточно взять две). Накернив все отверстия, просверлил сначала одно диамет ром 3 мм и вставил в него временно стержень чтобы пластины не сдвинулись; потом - все остальные, точно одно над другим Позже рассверлил их до диаметра 12 мм. Подходящие для ручек болты обточил на токарном станке до диаметра чуть меньше 12 мм, чтобы они легко, нр без люфта входили в отверстия.

Головки болтов-ручек выполнил в виде грибка (шляпки), чтобы их можно было свободно вращать, но нельзя было ничем подцепить.

Стержень каждой ручки обработал вручную следующим образом. Напильником сточил одну его сторону до размера 10 мм. После этого стержень развернул и сточил другую сторону еще на 4 мм. Получалось асимметричное сечение.

Вручную надфилем сделал фигурные пропилы отверстий 1, З…П с правой стороны подвижной планки 2 (рис. 1) Аналогично пропилил отверстия 2 планок 1 и 3 в левую сторону, чтобы обеспечить движение ручки 2 вместе с подвижной планкой влево (тогда при совпадении кода можно открыть замок).

Изнутри замок открывается ручкой засова-защелки 9. Шайбы снаружи нужны для того, чтобы не было видно по стертым местам какая ручка двигается. Также важно учесть то, что шляпка ручки должна перекрывать продолговатое отверстие 2 планки 3(рис. 1)

Чтобы знать положение ручек для набора кода, надо сделать метки на их шляпках. Я просверлил шляпки и запрессовал алюминиевые заклепки: они ощущаются даже в темноте, когда нет света на лестничной площадке. Эти заклепки расположил в разных местах относительно сечения ручек. Тем самым можно легко поменять код, переставив ручки: при том же самом положении кода метки будут в других местах.

Эту идею можно использовать и в обычном врезном замке для закрывания скважины ключа: потребуется сна чала кодом открыть скважину. Невозможно будет также испортить замочную скважину или подобрать ключ. Придется повозиться!

Это устройство можно использовать и для запирания гаражных ворот Сразу несколько достоинств: обеспечена защита от дождя, снега, пыли и от попытки в отсутствие хозяев подобрать ключи или испортить замок.

Н.ГОНЧАР, г. Рудный, Казахстан

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

Замок рассчитан на ввод определенного четырех-значного числа с панели. При желании число знаков можно и увеличить, но как показывает практика и четырех цифр обычно всегда достаточно.

Схема очень простая и при правильной сборке не нуждается в налаживании.

Схема кодового замка

Как видим- все чрезвычайно просто: Кнопки SB1... SB4, работающие на замыкание, служат для набора установленного кода, а кнопки SB5... SB8, работающие на размыкание, ≈ для приведения устройства в исходное состояние, например в случае ошибочного набора кода или его подбора.

Замок срабатывает только при одновременном открывании всех тиристоров VS1...VS4. Добиться этого можно последовательным нажатием кнопок SB4, SB3, SB2 и SB1. При другой последовательности нажатия этих кнопок не все тиристоры будут открыты и, следовательно, открыть дверь не удастся.

Исключение составляет случай, когда одновременно нажаты все четыре кнопки SB1... SB4. В случае нажатия на любую из кнопок SB5...SB8 цепь питания электромагнита YA1 обрывается и устройство приводится в исходное состояние. Тоже произойдет и при нажатии всех кодовых кнопок SB1...SB8. Кнопка SB9 служит для приведения замка в исходное состояние после открывания двери. Замок питается от сети переменного тока напряжением 220 В через трансформатор Т1 и двухполупериодный выпрямитель VD2. Для питания замка может быть использован любой блок питания с выходным напряжением 12≈60 В, в зависимости от типа используемого электромагнита.