Проекты

Разработка кодового замка на базе микроконтроллера Arduino

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7–9 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1363
Предметы: Информатика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Кодовый замок является довольно распространённым и эффективным средством защиты от несанкционированного доступа посторонних лиц. Достоинством таких замков является возможность быстрой смены кода (что невозможно в случае обычного механического замка), отсутствие ключей, карточек и иных физических объектов, необходимых для отпирания. При наличии длинного кода вероятность подбора правильной комбинации становится довольно проблематичной. Однако большинство кодовых замков, по мнению автора, недостаточно защищены от попыток подбора комбинаций. Кроме того, полезно было бы использовать возможности контроллера, на базе которого замок функционирует. Например, включение дополнительного освещения в зоне клавиатуры с наступлением темноты или при приближении человека, что особенно будет полезным при оборудовании такими замками дверей подъездов во дворах с плохим освещением, вывод на экран какой-нибудь важной информации для жильцов.

Человек всегда стремился обезопасить себя и своё жилище от посягательств недоброжелателей. Издревле двери домов оборудовали щеколдами, крючками, замками. В наше время вопрос безопасности и ограничения доступа в отдельные помещения и здания остаётся довольно актуальным.

Цель

Разработать механизм кодового замка с защитой от несанкционированного открытия и дополнительными функциями.

Задачи

  1. Изучить существующие аналоги.
  2. Разработать схему устройства и алгоритм его работы.
  3. Собрать и запрограммировать действующую модель замка в виртуальной среде проектирования.
  4. Реализовать физическую модель устройства.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Плата Arduino UNO
  • Матричная 16-кнопочная клавиатура
  • Жидкокристаллический дисплей (LCD) 1602
  • Сервопривод, пьезодинамик, датчик освещённости на основе фоторезистора, светодиоды
  • Компьютер с установленным ПО: Arduino IDE, C++
  • 3D-принтер Maestro Classic

Описание

Этапы работы над проектом

1. Генерация идеи, изучение существующих аналогов. Для реализации проекта было решено использовать плату Arduino Uno. Она довольно распространена и имеет достаточное количество входов для подключения устройств.

В качестве клавиатуры было решено использовать матричную эластичную 16-кнопочную клавиатуру. Она водонепроницаема и достаточно тонка, что позволяет использовать её в разных условиях. Так как кодовый замок обладает расширенным набором функций, было решено использовать жидкокристаллический дисплей (LCD) 1602 для отображения коротких сообщений и для контроля ввода кодовой комбинации.

2. Разработка алгоритма работы устройства и его схемы. В программе используются три библиотеки:

LiquidCrystal.h –  для работы с ЖК-экраном,

Keypad.h –  для работы с клавиатурой,

Servo.h –  для управления сервоприводом.

В каждой библиотеке содержится определённый код, поддерживающий функции для управления соответствующим устройством. Поэтому при написании программы достаточно подключить нужную библиотеку и использовать уже готовые функции для работы.

3. Сборка и программирование действующей модели замка в виртуальной среде проектирования.

4. Реализация физического прототипа устройства.

5. Совершенствование устройства, расширение его функционала.

6. Прототипирование: разработка и распечатка 3D-модели корпуса замка.

Результаты работы/выводы

В результате реализации проекта был разработан механизм электронного кодового замка, который может быть использован при оборудовании входных дверей подъезда. Замок отличает наличие автоматического дополнительного освещения, активируемого при наступлении темноты, а также возможность демонстрации коротких объявлений для жильцов. Кроме того, устройство оснащено сигнализацией, которая включается при неудачном введении кодовой комбинации три раза подряд.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе необходимо сократить число задействованных портов и продумать отдельное питание для отдельных элементов (например, освещения). Также необходимо предусмотреть возможность открывания замка «аварийным ключом», в случае если был забыт код, это можно реализовать, например, с использованием пульта управления. Такой пульт был бы удобен для пожилых жильцов, так как не требует запоминания комбинации.