Оглавление:
Электромагнитные замки все чаще используются в различных помещениях. В сочетании с клавиатурой или считывателем RFID-карт они представляют собой удобное решение, которое позволяет предоставить доступ к определенным комнатам выбранным людям. Давайте соберём такую схему сами и проверим ее работоспособность.
Требования к проекту электрозамка
- Блокировка доступа в помещение для посторонних лиц,
- Возможность назначить доступ нескольким людям сразу,
- Быстрая реакция на RFID-метку,
- Сигнал состояния замка с помощью светодиодов.
В основе проекта будет миниатюрная отладочная плата Arduino Pro Mini. Плата из-за небольших размеров поместится в компактный корпус, но прототип будет выполнен на Arduino Uno. Для того чтобы закрыть комнату, будем использовать готовый модуль электромагнита, который легко прикручивается к любой поверхности, что значительно облегчит работу. Электромагнит будет управляться реле, которое получит сигнал от Arduino, но для того чтобы авторизация была возможна, нужно прочитать идентификатор RFID-метки. Читаем с помощью модуля RC522. Вот список компонентов для сборки:
- Arduino Uno R3
- Arduino Pro Mini 5 В / 16 МГц
- Блок питания 12 В для питания всей схемы
- Разъём для подключения схемы к источнику питания 12 В
- Электромагнит 12 В для закрывания двери
- Модуль реле для управления магнитом
- Модуль RC522 с дополнительными метками
- Светодиод RGB с общим катодом
- Резисторы 220 Ом 3 шт.
Сборка прототипа замка на макетке
Вначале не используем реле и электромагнит; поставим светодиод для индикации состояний. Подключение должно выглядеть как на рисунке ниже:
Подключите разъем к VCC и GND макетной платы, VCC от макетки к разъему VIN в Arduino и GND от макета к Arduino GND. Подключите светодиод имитирующий реле через резистор 220 Ом к контакту 8. В светодиоде RGB подключите красный контакт к контакту 7 через резистор 220 Ом, а зеленый – к контакту 6. Подключите модуль RC522 к Arduino в соответствии со схемой:
- SDA -> Контакт 10
- SCK -> Контакт 13
- MOSI -> Контакт 11
- MISO -> Контакт 12
- IRQ -> Не подключать
- GND -> GND
- RST -> Контакт 9
- 3,3 В -> 3,3 В Arduino.
Чтобы предоставить доступ к определенным RFID-меткам, необходимо знать их ID. Он индивидуален для каждой карты. Вероятность встретить один и тот же идентификатор близка к нулю. Идентификатор можно прочитать с помощью только что собранной схемы.
Нужно скачать и загрузить библиотеку MFRC522, которая поможет использовать модуль RC522. Для чтения идентификаторов необходимо загрузить пример DumpInfo (он включен в библиотеку). После загрузки программы запустите Serial Monitor и прочтите идентификатор – он будет помечен как «Card UID:». Желательно записать идентификаторы, так как они потребуются на более позднем этапе. После того как сохраним UID карт, можем загрузить программу в Arduino IDE, которая позволит предоставлять доступ к выбранным меткам.
В коде есть два места для ввода идентификатора. Если хотим добавить еще несколько меток, нужно скопировать весь условный оператор и изменить только идентификатор, который подставляем для сравнения.
{
digitalWrite (8, HIGH); // Включаем реле
digitalWrite (7, LOW); // Устанавливаем на вывод 7 низкий уровень, светодиод перестает светить красным
digitalWrite (6, HIGH); // Подать напряжение на контакт 6, светодиод загорится зеленым
delay (10000); // Замок разблокирован на 10 секунд
digitalWrite (8, LOW); // Отключаем реле
digitalWrite (6, LOW); // Установить вывод 6 на низкий уровень, светодиод перестанет светиться зеленым
digitalWrite (7, HIGH); // Подаем напряжение на вывод 7, светодиод становится красным
}
Реле – это тип переключателя, который активируется путем подачи тока на разъемы электромагнита, который, в свою очередь, действует как перемычка между контактами. Благодаря своей уникальной конструкции реле чрезвычайно безопасны в использовании и снижают риск повреждения микроконтроллера при переключении высоких токов.
В связи с тем что электромагнит работает на напряжении 12 В, а печатная плата – на 5 В, нужен помощник – реле. Начнем с подключения – всё выглядит как на рисунке ниже:
Просто нужно помнить, что реле работает с другим напряжением чем модуль RFID, поэтому не можем подключить оба модуля к одному разъему питания. Реле понадобится соедиинять следующим образом:
- VCC —-> 5 В
- SIG —-> Контакт 8
- GND —-> GND
Подключение электромагнита к замку
Реле после подачи сигнала создаст перемычку, которая подключит сигнал. Чтобы включить и выключить электромагнит, нужно отрезать один из проводов питающих электромагнит и подключить оба конца к реле. Сделаем это на линии VCC. Релейные модули обычно имеют три выхода для управления более высоким током. Есть выход COM, то есть общий, выход NC – нормально закрытый, и выход NO – нормально открытый. В стандартном исполнении ток не подается на реле между контактами NC и COM. После включения реле COM отключается от NC, затем COM подключается к NO. COM соединение с нормально разомкнутым контактом активно, пока реле не будет под напряжением.
Теперь можем переходить к подключению. Надо подсоединить все это, как показано на рисунке, помня что электромагнит должен быть запитан от +12 В.
Почему не подключили соленоид к NO, чтобы он включался при подаче сигнала? Ответ прост – когда устройство подключенное к реле должно быть включено большую часть времени, нет причин тратить впустую ток, который реле будет потреблять, сохраняя соединение между NO и COM. Здесь соединение установлено по умолчанию и не потребляет электроэнергию. Также надо быть уверенным, что если кто-то повредит микроконтроллер, то не попадет в комнату. Потому что реле будет передавать ток, который поддерживает постоянную работу электромагнита.
Сборка компонентов на печатной плате
Чтобы устройство работало и выглядело прилично, будем использовать печатные платы. Для сборки понадобятся:
- Печатная плата
- Arduino Pro Mini
- Блок питания 12 В
- Разъем постоянного тока
- Электромагнит 12 В
- Модуль RC522
- Реле HLS8L-DC5V-SC
- Резистор 4,7 кОм 2 шт.
- 1N5819 диоды
- Конденсатор 100 нФ
- Стабилизатор напряжения 5 В
- 2-контактные разъемы ARK 2 шт.
- BC557C транзистор
- RGB-диоды с общим катодом
Элементы крепятся к плате как показано на картинке и припаиваются. В дополнение к припаянным элементам устанавливаем Pro Mini и RC522 с помощью разъемов. Вся плата должна выглядеть так:
После сборки платы можем выбрать место на стене, где будет располагаться комплект электронного замка. Просверливаем 5 отверстий, как и в корпусе – одно побольше для проводов к другой стороне стены, четыре поменьше для шурупов в дюбелях. После просверливания можем закрепить нижнюю часть корпуса саморезами. Осталось прикрутить электромагнит – обе части к двери и раме короткими шурупами.
Расположение электроники в корпусе
В корпус через большое отверстие вставляем провода от электромагнита и блока питания. Электромагнит подключается к разъему ARK, обозначенному как «РЕЛЕ №1». Здесь нет необходимости вносить какие-либо изменения в проводку – подключите минус электромагнита к GND на разъеме, подключите VCC электромагнита к VCC разъема. Нужно припаять два провода к розетке и подключить их к винтовым разъемам на плате, благодаря чему будет обеспечено питание. Полярность также описана на плате. Вот так должна выглядеть печатная плата в корпусе:
Когда соединим все элементы, можно надеть верхнюю часть корпуса и включить питание. Электромагнит сработает, и не получится открыть дверь, не применив брелок RFID. Последний элемент который нужно добавить, – это выключатель, который поместим внутри комнаты. Он отсоединит питание от источника питания 12 В и одновременно отключит электромагнит. Другой вариант кодового Ардуино замка, но уже с сервоприводом, смотрите по ссылке.
