Электронный замок с rfid на arduino. Электронный замок своими руками

Прогресс не стоит на месте и "Умные замки" все чаще появляются на дверях квартир, гаражей и домов.

Открывается подобный замок при нажатии на кнопку на смартфоне. Благо, смартфоны и планшеты уже вошли в наш обиход. В некоторых случаях, "умные замки" подключают к "облачным сервисам" вроде гугл диска и открывают удаленно. Кроме того, подобный вариант дает возможность давать доступ к открытию двери другим людям.

В этом проекте будет реализована DIY версия умного замка на Arduino, управлять которым можно удаленно из любой точки Земли.

Кроме того, в проект добавлена возможность открывать замок после опознания отпечатка пальца. Для этого будет интегрирован датчик отпечатка пальца. Оба варианта открытия дверей будут работать на базе Adafruit IO платформы.

Подобный замок может стать отличным первым шагом в проекте вашего "Умного дома".

Настройка датчика отпечатка пальца

Для работы с датчиком отпечатка пальцев, есть отличная библиотека для Arduino, которая значительно облегчает процесс настройки датчика. В этом проекте используется Arduino Uno. Для подключения к интернету используется плата Adafruit CC3000.

Начнем с подключения питания:

Подключите контакт 5V с платы Arduino к красной рельсе питания;
Контакт GND с Arduino подключается к синей рельсе на беспаечной монтажной плате.

Переходим к подключению датчика отпечатка пальца:

Сначала подключите питание. Для этого красный провод соединяется с рельсой +5 V, а черный - с рельсой GND;
Белый провод датчика подключается к контакту 4 на Arduino.
Зеленый провод идет к контакту 3 на микроконтроллере.

Теперь займемся модулем CC3000:

Контакт IRQ с платы CC3000 подключаем к пину 2 на Arduino.
VBAT - к контакту 5.
CS - к контакту 10.
После этого надо подключить SPI контакты к Arduino: MOSI, MISO и CLK - к контактам 11, 12 и 13 соответственно.

Ну и в конце надо обеспечить питание: Vin - к Arduino 5V (красная рельса на вашей монтажной плате), а GND к GND (синяя рельса на макетке).

Фотография полностью собранного проекта показана ниже:

Перед разработкой скетча, который будет подгружать данные на Adafruit IO, надо передать данные о вашем отпечатке пальца сенсору. Иначе в дальнейшем он вас не опознает;). Рекомендуем откалибровать датчик отпечатка пальца, используя Arduino отдельно. Если вы работаете с этим сенсором впервые, рекомендуем ознакомиться с процессом калибровки и детальной инструкцией по работе с датчиком отпечатка пальца .

Если вы еще не сделали этого, то заведите аккаунт на Adafruit IO .

После этого можем перейти к следующему этапу разработки "умного замка" на Arduino: а именно, разработка скетча, который будет передавать данные на Adafruit IO. Так как программа достаточно объемная, в статье мы выделим и рассмотрим только ее основные части, а после дадим ссылку на GitHub, где вы сможете скачать полный скетч.

Скетч начинается с подгрузки всех необходимых библиотек:

#include

#include "Adafruit_MQTT.h"

#include "Adafruit_MQTT_CC3000.h"

#include

#include >

После этого надо немного подкорректировать скетч, вставив параметры вашей WiFi сети, указав SSID и пароль (password):

#define WLAN_SECURITY WLAN_SEC_WPA2>

Кроме этого, необходимо ввести имя и AIO ключ (key) для входа в ваш аккаунт Adafruit IO:

#define AIO_SERVERPORT 1883

#define AIO_USERNAME "adafruit_io_имя"

#define AIO_KEY "adafruit_io_ключ">

Следующие строки отвечают за взаимодействие и обработку данных с датчика отпечатка пальца. Если датчик был активирован (отпечаток совпал), будет "1":

const char FINGERPRINT_FEED PROGMEM = AIO_USERNAME "/feeds/fingerprint";

Adafruit_MQTT_Publish fingerprint = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, FINGERPRINT_FEED);

Кроме того, надо создать экземпляр объекта SoftwareSerial для нашего сенсора:

SoftwareSerial mySerial(3, 4);

После этого мы можем создать объект для нашего сенсора:

Adafruit_Fingerprint finger = Adafruit_Fingerprint(&mySerial);

Внутри скетча мы указываем какой fingerID должен активировать замок в дальнейшем. В данном примере используется 0, который соответствует ID первого отпечатка пальцев, который используется датчиком:

int fingerID = 0;

После этого инициализируем счетчик и задержку (delay) в нашем проекте. По сути мы хотим, чтобы замок автоматически срабатывал после открытия. В данном примере используется задержка в 10 секунд, но вы можете подстроить это значение под собственные потребности:

int activationCounter = 0;

int lastActivation = 0;

int activationTime = 10 * 1000;

В теле функции setup() мы инициализируем датчик отпечатка пальцев и обеспечиваем подключение чипа CC3000 к вашей WiFi сети.

В теле функции loop() подключаемся к Adafruit IO. За это отвечает следующая строка:

После подключения к платформе Adafruit IO, проверяем последний отпечаток пальца. Если он совпадает, а замок не активирован, мы отсылаем "1" для обработки в Adafruit IO:

if (fingerprintID == fingerID && lockState == false) {

Serial.println(F("Access granted!"));

lockState = true;

Serial.println(F("Failed"));

Serial.println(F("OK!"));

lastActivation = millis();

Если же в пределах функции loop() замок активирован и мы достигли значения задержки, которое указывали выше, отсылаем "0":

if ((activationCounter - lastActivation > activationTime) && lockState == true) {

lockState = false;

if (! fingerprint.publish(state)) {

Serial.println(F("Failed"));

Serial.println(F("OK!"));

Последнюю версию кода вы можете скачать на GitHub .

Пришло время тестировать наш проект! Не забудьте скачать и установить все необходимые библиотеки для Arduino !

Убедитесь, что вы внесли все необходимые изменения в скетч и загрузите его на ваш Arduino . После этого откройте окно серийного монитора.

Когда Arduino подключится к WiFi сети, сенсор отпечатка пальца начнет мигать красным цветом. Прислоните палец к датчику. В окне серийного монитора должен отобразится ID номер. Если он совпадет, появится сообщение, "OK!". Это значит, что данные были отправлены на сервера Adafruit IO.

Схема и скетч для дальнейшей настройки замка на примере светодиода

Теперь займемся той частью проекта, которая непосредственно отвечает за управление дверным замком. Для подключения к беспроводной сети и активации/деактивации замка понадобится дополнительный модуль Adafruit ESP8266 (модуль ESP8266 не обязательно должен быть от Adafruit). На примере, который рассмотрим ниже, вы сможете оценить насколько легко обеспечить обмен данными между двумя платформами (Arduino и ESP8266) с использованием Adafruit IO.

В этом разделе мы не будем работать непосредственно с замком. Вместо этого мы просто подключим светодиод к контакту, на котором в дальнейшем будет подключен замок. Это даст возможность протестить наш код, не углубляясь в особенности конструкции замка.

Схема достаточно простая: сначала установите ESP8266 на breadboard . После этого установите светодиод. Не забывайте, что длинная (позитивная) нога светодиода подключается через резистор. Вторая нога резистора подключается к контакту 5 на модуле ESP8266. Вторая (катод) светодиода подключаем к пину GND на ESP8266.

Полностью собранная схема показана на фото ниже.

Теперь давайте разберемся со скетчем, который используем для этого проекта. Опять-таки, код достаточно объемный и сложный, поэтому мы рассмотрим только его основные части:

Начинаем с подключения необходимых библиотек:

#include

#include "Adafruit_MQTT.h"

#include "Adafruit_MQTT_Client.h"

Настраиваем параметры WiFi:

#define WLAN_SSID "ваш_wifi_ssid"

#define WLAN_PASS "ваш_wifi_пароль"

#define WLAN_SECURITY WLAN_SEC_WPA2

Также настраиваем параметры Adafruit IO. Так же, как и в предыдущем разделе:

#define AIO_SERVER "io.adafruit.com"

#define AIO_SERVERPORT 1883

#define AIO_USERNAME "adafruit_io_имя_пользователя"

#define AIO_KEY "adafruit_io_ключ"

Указываем, к какому пину мы подключили светодиод (в дальнейшем это будет наш замок или реле):

int relayPin = 5;

Взаимодействие с датчиком отпечатка пальцев, как и в предыдущем разделе:

const char LOCK_FEED PROGMEM = AIO_USERNAME "/feeds/lock";

Adafruit_MQTT_Subscribe lock = Adafruit_MQTT_Subscribe(&mqtt, LOCK_FEED);

В теле функции setup() указываем, что пин, к которому подключен светодиод, должен работать в режиме OUTPUT:

pinMode(relayPin, OUTPUT);

В пределах цикла loop() сначала проверяем, подключились ли мы к Adafruit IO:

После этого проверяем, какой сигнал поступает. Если передается "1", активируем контакт, который мы объявили раньше, к которому подключен наш светодиод. Если мы получили "0", переводим контакт в состояние "low":

Adafruit_MQTT_Subscribe *subscription;

while ((subscription = mqtt.readSubscription(1000))) {

if (subscription == &lock) {

Serial.print(F("Got: "));

Serial.println((char *)lock.lastread);

// Сохраняем команду в данные типа строка

String command = String((char *)lock.lastread);

if (command == "0") {

digitalWrite(relayPin, LOW);

if (command == "1") {

digitalWrite(relayPin, HIGH);

Найти последнюю версию скетча вы можете на GitHub .

Пришло время тестировать наш проект. Не забудьте загрузить все необходимые библиотеки для вашего Arduino и проверьте, верно ли вы внесли изменения в скетч.

Для программирования чипа ESP8266 можно использовать простой USB-FTDI конвертер.

Загрузите скетч на Arduino и откройте окно серийного монитора. На данном этапе мы просто проверили, удалось ли подключиться к Adafruit IO: доступный функционал мы рассмотрим дальше.

Тестируем проект

Теперь приступаем к тестированию! Перейдите в меню пользователя вашего Adafruit IO, в меню Feeds. Проверьте, созданы или нет каналы для отпечатка пальцев и замка (на принт-скрине ниже это строки fingerprint и lock):

Если их нет, то придется создать вручную.

Теперь нам надо обеспечить обмен данными между каналами fingerprint и lock. Канал lock должен принимать значение "1", когда канал fingerprint принимает значение "1" и наоборот.

Для этого используем очень мощный инструмент Adafruit IO: триггеры. Триггеры - это по-сути условия, которые вы можете применять к настроенным каналам. То есть, их можно использовать для взаимосвязи двух каналов.

Создаем новый reactive trigger из раздела Triggers в Adafruit IO. Это обеспечит возможность обмениваться данными между каналами датчика отпечатка пальцев и замка:

Вот как это должно выглядеть, когда оба триггера настроены:

Все! Теперь мы действительно можем тестить наш проект! Прикладываем палец к сенсору и видим как Arduino начал подмигивать светодиодом, который соответствует передаче данных. После этого должен начать мигать светодиод на модуле ESP8266. Это значит, что он начал получать данные через MQTT. Светодиод на монтажной плате в этот момент должен тоже включиться.

После задержки, которую вы установили в скетче (по умолчанию это значение равно 10 секундам), светодиод выключится. Поздравляем! Вы можете управлять светодиодом с помощью отпечатка пальца, находясь в любой точке мира!

Настраиваем электронный замок

Мы добрались до последней части проекта: непосредственное подключение и управление электронным замком с помощью Arduino и датчика отпечатка пальца. Проект непростой, вы можете использовать все исходники в том виде, в котором они изложены выше, но вместо светодиода подключить реле.

Для непосредственного подключения замка вам понадобятся дополнительные компоненты: источник питания на 12 В, джек для подключения питания, транзистор (в данном примере используется IRLB8721PbF MOSFET, но можно использовать и другой, например, биполярный транзистор TIP102. Если вы используете биполярный транзистор, вам надо будет добавить резистор.

Ниже показана электрическая схема подключения всех компонентов к модулю ESP8266:

Обратите внимание, что если вы используете MOSFET транзистор, вам не понадобится резистор между пином 5 модуля ESP8266 и транзистором.

Полностью собранный проект показан на фото ниже:

Запитайте модуль ESP8266 с использованием FTDI модуля и подключите источник питания 12 В к джеку. Если вы использовали рекомендованные выше пины для подключения, в скетче ничего менять не придется.

Теперь можете прислонить палец к сенсору: замок должен сработать, отреагировав на ваш отпечаток пальца. На видео ниже показан проект автоматического "умного" замка в действии:

Дальнейшее развитие проекта «Умный замок»

В нашем проекте релизовано дистанционное управление дверным замком с помощью отпечатка пальца.

Можете смело экспериментировать, модифицировать скетч и обвязку. Например, можно заменить дверной электронный замок на реле для управления питанием вашего 3D принтера , манипулятора или квадрокоптера ...

Можно развивать ваш "умный дом". Например, удаленно активировать систему полива на Arduino или включать свет в комнате... При этом не забывайте, что вы одновременно можете активировать практически неограниченное количество устройств, используя Adafruit IO.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

ДАЧА у меня, как и у большинства у кого она есть ассоциируется с словами: отдых, шашлык, комфорт и прочие приятные духу и телу движения, но есть и обратная сторона: огород, копать, ремонт, стройка и т.д.

На протяжении 10 лет мы с семьей пытаемся облагородить и создать максимальный комфорт на нашей даче. Строим, ремонтируем и т.д. Дом, сарай, баня…..и наконец дело дошло до уличного забора, калитки и ворот. Делать так на совесть, бюджет и удобство.

После обсуждения некоторых деталей было принято, что ворота должны быть откатные на автоматике ну и калитка обладать некоторыми свойствами СКУД. С воротами вопрос был решен покупкой комплекта автоматики (привод, рейка, пульт и т.д.), а с калиткой нужно было решить некоторые задачи, о них ниже.

Задачи были следующие:

Замок должен был работать совместно с ранее установленным видео домофоном (открыть калитку не выходя из дома)
Иметь возможность открытия двери обычным ключом и без ключа с улицы и двора.
Уложится в оставшийся бюджет до 5000 р.

Поиски в рунете представили следующий диапазон цен от 7000 и до бесконечности. Покупка готового решения отпала и была задумана альтернатива с широкими возможностями, а именно запилить дверь самому!

После некоторых подсчетов и вычислений было принято купить электромеханический замок около 2000р., влагозащищённой клавиатуры 350р., ну и МК который будет здесь рулить. Так как в наличии имелось несколько плат Arduino nano, реле и рассыпуха и немного проводов, разница между стоимостью готового комплекта составила более 4000 т.р. По мне, отличный бонус для кошелька и саморазвития.

Ну что же, а теперь от слов к действию:

После покупки всех необходимых компонентов начал пилить.

Схема подключения клавиатуры

Дополнительная индикация светодиодов (белый,зеленый,красный) панели с клавиатурой сигнализирует (ввод, верный пароль дверь открыть,отказано).

pin 9 желтый
pin 10 зеленый
pin 11 красный

Панель (решетка) из оргстекла, нарезали за коробку конфет и улыбку соседи по офису. Но фреза самая малая оказалась чуть жирнее, пришлось поработать надфилем.

Ну вот и выходные, я выдвинулся на дачу.

Для открытия электромеханического замка,нужно 12 в. Блок питания, питающий МК был 5 в., решение поставить повышающий dc-dc преобразователь с поднебесной для замка. Все подключил начал проверять, работает, но при подаче напряжения на соленоид замка дуня перезагружалась, кз на блок питания. Дальше больше, после подключения вызывной панели от видео домофона к замку, при нажатии кнопки открыть дверь не чего не происходило, малый ток на замок. Тянуть новые провода не вариант, были уже забетонированы на выходе из дома. Решил добавить еще одно реле для панели и поставить дополнительный блок питания на 12 в. для замка. После разбора/сбора, все заработало, МК перестал перезагружаться. Все это дело спрятал во влагозащищенную распаячную коробку, спрятал провода, клей, силикон и готово!

В этой статье я расскажу, как сделать кодовый замок из ардуино. Для этого нам понадобятся красный и зелёный светодиоды, зуммер, ардуино нано, LCD дисплей с I2C конвертором, сервопривод и матричная клавиатура 4x4. При включении дисплей будет писать "Enter code.",

включится красный светодиод,

а зелёный погаснет, сервопривод установится на 0°. При вводе цифр на дисплее будут загораться *.

Если код введён неверно, то дисплей напишет "Enter cod.". Если код правильный, то прозвучит звуковой сигнал, серво привод повернётся на 180°, дисплей напишет "Open."

включится зелёный светодиод,

а красный отключится. После 3 секунд сервопривод вернётся в начальное положение, включится красный светодиод, а зелёный погаснет, дисплей напишет "Close.",

затем дисплей напишет "Enter code.". Теперь о схеме. Сначала соединяем ардуино проводами с макетной платой (контакты питания).

Потом подключаем к контактам D9 - D2 матричную клавиатуру.

Затем сервопривод. Его подключаем к контакту 10.

Красный светодиод к контакту 11.

Зелёный - к контакту 12.

Зуммер - к контакту 13.

Теперь загружаем скетч.

#include #include #include #include iarduino_KB KB(9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); Servo servo; int pass = {3, 6, 1, 8}; int in; int r = 11; int g = 12; void setup() { KB.begin(KB1); pinMode(r, OUTPUT); pinMode(g, OUTPUT); lcd.init(); lcd.backlight(); digitalWrite(g, LOW); digitalWrite(r, HIGH); servo.attach(10); servo.write(0); lcd.setCursor(0, 0); } void loop() { lcd.clear(); lcd.print("Enter code."); while (!KB.check(KEY_DOWN)) { delay(1); } in = KB.getNum; lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("*"); while (!KB.check(KEY_DOWN)) { delay(1); } in = KB.getNum; lcd.print("*"); while (!KB.check(KEY_DOWN)) { delay(1); } in = KB.getNum; lcd.print("*"); while (!KB.check(KEY_DOWN)) { delay(1); } in = KB.getNum; lcd.print("*"); if (in == pass) { if (in == pass) { if (in == pass) { if (in == pass) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Open."); tone(13, 400, 750); servo.write(180); digitalWrite(r, LOW); digitalWrite(g, HIGH); delay(3000); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Close."); tone(13, 300, 700); servo.write(0); digitalWrite(g, LOW); digitalWrite(r, HIGH); delay(1000); } } } } }

Вот и всё. Наслаждайтесь кодовым замком!

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
Е1	Плата Arduino	Arduino Nano 3.0	1	5В	В блокнот
Е8, Е9	Резистор	220 Ом	2	SMD	В блокнот
Е6	Светодиод	АЛ102Г	1	Красный	В блокнот
Е7	Светодиод	АЛ307Г	1	Зелёный	В блокнот
Е3	LCD-дисплей	С I2C интерфейсом	1	Зелёная подсветка	В блокнот
Е5	Сервопривод	SG90	1	180 градусов	В блокнот
Е2	Зуммер	5В	1	Bu	В блокнот
Е4	Клавиатура	4Х4	1	Матричная	В блокнот
Нет	BreadBoard	640 точек	1	Без пайки

Данный проект является модульным, т.е. можно подключать/отключать разные элементы и получить разную функциональность. На картинках выше показан вариант с полной функциональность, а именно:

Запирающий механизм . Служит для ОТКРЫТИЯ и ЗАКРЫТИЯ двери. В этом проекте рассмотрено использование трёх разных механизмов:
- Сервопривод. Бывают большие, бывают маленькие. Очень компактный, и вкупе с тяжёлым засовом – отличный вариант
- Электропривод замка дверей автомобиля. Большая и мощная штука, но жрёт просто безумные токи
- Соленоидная щеколда. Хороший вариант, так как сама захлопывается
В настройках прошивки можно выбрать любой из трёх типов (настройка lock_type )
Кнопка внутри . Служит для ОТКРЫТИЯ и ЗАКРЫТИЯ двери изнутри. Может быть размещена на ручке двери (со стороны ладони или со стороны пальцев), на самой двери, либо на косяке
Кнопка снаружи . Служит для ЗАКРЫТИЯ двери, а также для ПРОБУЖДЕНИЯ из энергосбережения. Может быть размещена на ручке двери (со стороны ладони или со стороны пальцев), на самой двери, либо на косяке
Концевик на закрытие двери. Служит для автоматического закрытия замка при закрывании двери. Им может быть:
- Тактовая кнопка
- Датчик холла + магнит на самой двери
- Геркон + магнит на самой двери
Секретная кнопка сброса доступа . Служит для сброса пароля/ввода нового пароля/запоминания нового ключа/комбинации и т.д. Может быть спрятана где-то в корпусе
Светодиод для индикации работы. Светодиод RGB, используются красный и зелёный цвета (при смешении дают жёлтый):
- Горит зелёный - замок ОТКРЫТ. Горит чтобы не забыть закрыть дверь
- Горит жёлтый - система проснулась и ожидает ввод пароля
- Мигает красный - сел аккумулятор

Любой из этих элементов можно исключить из системы:

Убираем концевик. В прошивке в настройках тоже его отключаем (настройка tail_button ). Теперь чтобы закрыть замок, нужно нажимать кнопку
Убираем наружную кнопку. В прошивке в настройках тоже её отключаем (настройка wake_button ). Теперь систему не нужно будить, она просыпается сама (потребление энергии чуть больше). А также у нас теперь нет кнопки закрыть на передней части двери, и нужен концевик. Либо замок – щеколда
Убираем внутреннюю кнопку. Этот вариант годится для шкафов и сейфов. В настройках ничего менять не нужно
Убираем светодиод. В настройках ничего менять не нужно
Кнопку сброса доступа можно отпаять после первого использования, либо переписать код под себя

Дверь закрыта, нажато СНАРУЖИ - проснуться, ждать ввод пароля/RFID метку/электронный ключ/отпечаток пальца
Дверь закрыта, система проснулась, ждёт ввод пароля. Время можно настроить (настройка sleep_time )
Дверь закрыта, введён пароль/метка/ключ и т.д. - открыть
Дверь закрыта, нажато ВНУТРИ - открыть
Дверь открыта, нажато СНАРУЖИ - закрыть
Дверь открыта, нажато ВНУТРИ - закрыть
Дверь открыта, нажат КОНЦЕВИК - закрыть

В замке предусмотрена работа от аккумулятора в режиме пониженного энергосбережения (включить выключить: настройка sleep_enable ), а именно:

Просыпаться каждые несколько секунд, следить за СОБЫТИЕМ (опциональный вариант, если снаружи нет кнопки. Включить можно в настройке wake_button )
Каждые несколько минут следить за напряжением акума (вкл/выкл настройка battery_monitor )
Если акум разряжен (напряжение устанавливается в настройке bat_low ):
- открыть дверь (опционально, можно настроить в прошивке open_bat_low )
- запретить дальнейшее открытие и закрытие
- при нажатии на кнопки мигать красным светодиодом
- перестать следить за СОБЫТИЕМ (т.е. ввод пароля/метка и т.д.)

Когда система не спит, нажать кнопку смены пароля (скрытая кнопка). Попадаем в режим смены пароля :
Вводим пароль из цифр (МАКСИМУМ 10 ЦИФР!!! )

При нажатии * пароль записывается в память и система выходит из смены пароля
При нажатии # пароль сбрасывается (можно вводить заново)
Если ничего не нажимать 10 секунд, автоматически выйдем из режима смены пароля, пароль останется старый

Когда система не спит (проснулись по кнопки или сон отключен), нажать * для входа в режим ввода пароля
Если система спит и периодически просыпается проверять СОБЫТИЕ, то нажимаем * и удерживаем, пока не загорится красный светодиод
Режим ввода пароля:

Обработка пароля сделана таким образом, что правильный пароль засчитывается только при наборе правильной последовательности цифр, то есть если пароль 345, то вводить можно любые числа до тех пор, пока не появится последовательность 345, т.е. 30984570345 откроет замок, так как оканчивается на 345.
Если пароль введён верно, дверь откроется
Если ничего не нажимать, через 10 секунд система вернётся в обычный (дежурный) режим
Если нажать #, сразу выйдем из режима ввода пароля
Если нажать секретную кнопку смены пароля в режиме ввода пароля, то тоже из него выйдем