За счет отсутствия механически перемещающихся деталей и простоты конструкции электромагнитные замки имеют самую высокую надежность. Усилие отрыва для электромагнитных замков исчисляется несколькими сотнями килограмм. К недостаткам электромагнитных замков можно отнести то, что они открываются при отсутствии напряжения.
Часто электромагнитные замки используются в составе многоквартирных аудиодомофонных систем. В этом случае, он открывается кодом с вызывной панели или с трубки из квартиры, либо просто кнопкой внутри подъезда перед выходом.
В отличие от электромагнитных, электомеханические замки работают не непрерывно, а в импульсном режиме, то есть напряжение на замок подается кратковременно при его открытии, а все остальное время замок обесточен. При отсутствии напряжения открыть электромеханические замки изнутри можно расположенной на них механической кнопкой, а снаружи - ключом, который входит в комплект поставки. Конструктивно электромеханические замки бывают накладные и врезные.
Для питания электромеханических замков не обязательно использовать стабилизированное напряжение, но необходимо обратить внимание, чтобы источник питания был рассчитан на достаточно большие токи, необходимые для открытия электромеханических замков.
Для запирания двери жилого дома наиболее целесообразно использовать электромеханический замок, предназначенный для наружных дверей помещений. Рассмотрим электромеханический замок “ПОЛИС-13” отечественной фирмы “Оника”. Внешний вид замка показан на рисунке 4, его технические характеристики [2] - в таблице 1
Рисунок 4 - Внешний вид замка “ПОЛИС-13”
Таблица 1
Технические характеристики замка “ПОЛИС-13”
|
Напряжение питания |
12 В |
|
|
Ток потребления |
0.5 А |
|
|
Диаметр засовов |
18 мм |
|
|
Ход засовов |
17 мм |
|
|
Габаритные размеры корпуса |
140x92x30 мм |
|
|
Масса |
1.4 кг |
|
|
Рабочий диапазон температур |
-40...+60 град С |
Для открытия замка необходимо подать на него напряжение 12В, при этом потребление тока составит 0,5А. При отключении напряжения замок закрывается под действием пружины. Микроконтроллер, непосредственно, не способен производить коммутацию цепей с большими напряжениями и токами. Кроме того, необходимо обеспечить гальваническую развязку выводов микроконтроллера и цепи привода замка. Для этих целей можно использовать оптопару с выходным каскадом на оптотиристоре, которая будет коммутировать напряжение в цепи базы npn транзистора. При подаче напряжения транзистор откроется и замкнёт цепь питания замка. По своим характеристикам нам подойдёт оптопара отечественного производства АОУ163А. Её характеристики приведены в таблице 2
Таблица 2
Технические характеристики оптопары АОУ163А
|
Количество каналов |
1 |
|
|
Постоянное прямое входное напряжение Uвх., В |
1.3 |
|
|
при входном токе Iвх., мА |
10 |
|
|
Максимальный входной ток Iвх.макс., мА |
25 |
|
|
Выходной каскад |
оптотиристор |
|
|
Максимальный выходной ток Iвых.макс., мА |
100 |
|
|
Максимальное выходное коммутируемое напряжение Uвых.ком.макс, В |
400 |
|
|
Сопротивление изоляции между входной и выходной цепями, ГОм |
100 |
|
|
Максимальное напряжение изоляции, В |
1500 |
|
|
Рабочая температура, С |
-45...85 |
2.2 Выбор клавиатуры
Клавиатура является важной частью кодового замка, и должна быть устойчива к неблагоприятным воздействиям окружающей среды и действиям злоумышленников, особенно если замок устанавливается на наружной двери дома. В данном устройстве используется клавиатура AK-207 фирмы Accord, выполненная из металла и имеющая защиту от влаги. Внешний вид клавиатуры представлен на рисунке 5, технические характеристики клавиатуры - в таблице 3
Таблица 3
Технические характеристики клавиатуры AK-207
|
Контакты |
20 мA, 24 В |
|
|
Сопротивление контактов |
200 Ом макс. |
|
|
Ресурс нажатий на каждую кнопку |
1000000 |
|
|
Рабочая температура, С |
от -20 до +60 |
|
|
Температура хранения, С |
от -40 до +65 |
Рисунок 5. Клавиатура
Таблица 4
Назначение выводов клавиатуры
|
Номер вывода |
Назначение |
|
|
1 |
Колонка 2 |
|
|
2 |
Ряд 1 |
|
|
3 |
Колонка 1 |
|
|
4 |
Ряд 4 |
|
|
5 |
Колонка 3 |
|
|
6 |
Ряд 3 |
|
|
7 |
Ряд 2 |
2.3 Выбор устройства сигнализации открытия двери
Для извещения пользователя о том, что дверь открыта, будет использоваться световая сигнализация. Для этого подойдёт светодиод зелёного цвета АЛ336И. Его технические характеристики представлены в таблице 5
Таблица 5
Характеристики светодиода АЛ336И
|
Материал |
GaP |
|
|
Цвет свечения |
зеленый |
|
|
Длина волны, нм |
563 |
|
|
Минимальная сила света Iv мин., мКд |
20 |
|
|
при токе Iпр., мА |
10 |
|
|
Видимый телесный угол, град |
5 |
|
|
Форма линзы |
круглая |
|
|
Максимальное прямое напряжение, В |
2.8 |
|
|
Максимальное обратное напряжение, В |
2 |
|
|
Максимальный импульсный прямой ток, мА |
60 |
|
|
Рабочая температура, С |
-60...70 |
При попытке подбора кода замка для уведомления об этом жильцов дома целесообразно использовать звуковой сигнал. Для этого можно использовать излучатель звука со встроенным генератором рабочей частоты. Такое устройство не требует подачи на вход высокочастотного сигнала для его работы. Достаточно просто обеспечить напряжение питания. Пьезоэлектрический излучатель звука SMA-21-P10 фирмы Sonitron обладает подходящими характеристиками 6. Внешний вид устройства показан на (рис. 6).
Таблица 6
Характеристики излучателя звука SMA-21-P10
|
Тип |
пьезоэлектрический |
|
|
Встроенный генератор |
есть |
|
|
Частота, Гц |
3300 |
|
|
Номинальное рабочее напряжение, В |
1.5-24 |
|
|
Максимальный ток, мА |
3.8 |
|
|
Интенсивность звука, дБ |
85 |
|
|
Толщина корпуса h, мм |
9 |
|
|
Диаметр (ширина) корпуса d, мм |
21 |
|
|
Рабочая температура, С |
-20...70 |
Рисунок 6 - Внешний вид излучателя звука SMA-21-P10
2.4 Выбор датчика открытия двери
Для определения момента открытия двери будет использоваться контактный герконовый датчик фирмы Aleph. В номенклатуре Aleph представлены герконы различного применения: накладные или врезные на деревянные и металлические двери, с различным максимальным зазором между контактами. Тип контактов у всех моделей -- нормально замкнутые. Рассмотрим характеристики датчиков данной фирмы, представленные в таблицах 7, 8, 9.
Таблица 7
Технические характеристики датчика DC-1523
|
Габаритные размеры, мм. |
Геркон: 60х14х13 |
|
|
Зазор мм. |
15 |
|
|
Коммутируемое напряжение |
130В, 0,5А, 10Вт |
|
|
Примечание |
Для деревянных дверей |
Таблица 8
Технические характеристики датчика DC-1811
|
Габаритные размеры, мм. |
Геркон: 31х25 (диаметр) |
|
|
Зазор мм. |
35 |
|
|
Коммутируемое напряжение |
28 В, 0,5 А, 3 Вт |
|
|
Примечание |
Для металлических дверей |
Таблица 9
Технические характеристики датчика DC-2541
|
Габаритные размеры, мм. |
Геркон: 61х18х15 |
|
|
Зазор мм. |
22 |
|
|
Коммутируемое напряжение |
28 В, 0,5 А, 3 Вт |
|
|
Примечание |
Для деревянных и металлических дверей |
Для этой цели нам подходит датчик DC-2541 рисунок 7
Рисунок 7 - Внешний вид датчика DC-2541
2.5 Выбор микроконтроллера
Основными требованиями, предъявляемыми к микроконтроллеру в этом проекте, являются:
· наличие параллельных портов ввода-вывода в количестве, достаточном для подключения всех устройств, входящих в структурную схему системы;
· достаточно высокая надёжность и стабильность работы;
· возможность работы в расширенном температурном диапазоне.
Для выполнения поставленной задачи подходят микроконтроллеры с архитектурой MCS-51, поскольку они доступны, относительно просты, и их возможностей вполне достаточно для обеспечения функционирования данного устройства.
Первым двум требованиям удовлетворяют все производимые на данный момент микроконтроллеры с архитектурой MCS-51. Большинство моделей имеют модификации, рассчитанные на расширенный температурный диапазон. Исходя из этого, выбор производился из наиболее дешёвых изделий известных фирм, чтобы минимизировать стоимость системы. В итоге, был выбран микроконтроллер AT89S51 фирмы Atmel.
Корпорация Atmel (США), являясь на сегодняшний день одним из признанных мировых лидеров в производстве изделий современной микроэлектроники, хорошо известна на российском рынке электронных компонентов. Основанная в 1984 году, фирма Atmel определила сферы приложений для своей продукции как телекоммуникации и сети, вычислительную технику и компьютеры, встраиваемые системы контроля и управления, бытовую технику и автомобилестроение.
Atmel выпускает широкий спектр микроконтроллеров, основанных на архитектуре MCS-51. Данная линейка микроконтроллеров включает изделия в корпусах стандартных типоразмеров с поддержкой функции внутрисистемного программирования, а также, производные разновидности микроконтроллеров (ROMLESS, ROM, OTP и FLASH) в малогабаритных корпусах с 20-ю выводами. Некоторые из устройств, также, имеют поддержку высокоскоростного (х2) режима работы ядра, который, по- требованию, удваивает внутреннюю тактовую частоту для CPU и периферийных устройств.
AT89S51 - экономичный высокопроизводительный КМОП 8-разрядный микроконтроллер с 4 кБ внутрисхемно программируемой флэш-памятью. Устройство производится с использованием технологии Atmel энергонезависимой памяти большой емкости и совместимо по системе команд и расположению выводов со стандартным микроконтроллером 80C51. Встроенная флэш-память может быть запрограммирована внутрисхемно или с помощью обычного программатора энергонезависимой памяти. За счет комбинации 8-разрядного ЦПУ с внутрисхемно программируемой флэш-памятью на одном кристалле AT89S51 от Atmel является мощным микроконтроллером, обеспечивающим высокую гибкость и рентабельность решений для многих задач встроенного управления.
AT89S51 (рисунок 7) имеет следующие стандартные характеристики: 4 кБ флэш-памяти, 128 байт ОЗУ, 32 линии ввода-вывода, сторожевой таймер, два указателя данных, два 16-разрядных таймера-счетчика, 5-векторная 2-уровневая система прерываний, полнодуплексный последовательный порт, встроенный генератор и схема тактирования. Кроме того, AT89S51 разработан со статической логикой для работы на частоте вплоть до 0 Гц и поддерживает два программно настраиваемых режима снижения энергопотребления: