Умный цифровой замок на Arduino, распознающий стуки: схема и программа

Безопасность является одной из основных проблем в нашей повседневной жизни и цифровые замки стали важной частью различных систем безопасности. Существует много типов систем безопасности, доступных в настоящее время. К примеру, системы безопасности на основе датчиков движения, на основе радиочастотных меток, цифровые кодовые замки, замки управляемые со смартфона и т.д. В этой статье мы рассмотрим проект “умного” цифрового замка на основе платы Arduino, способного распознавать характер стуков в дверь. Замок будет открывать дверь только тогда, когда характер стуков будет соответствовать определенному образцу (шаблону). Для лучшего понимания работы проекта рекомендуется посмотреть видео, приведенное в конце статьи.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
Серводвигатель (сервомотор) (купить на AliExpress).
Зуммер (Buzzer) (купить на AliExpress).
Резистор 1 МОм (купить на AliExpress).
Кнопка.
Источник питания.
Соединительные провода.
Коробка.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Как видите, схема нашего “умного детектора стуков” достаточно проста и содержит плату Arduino, управляющую всем процессом, кнопку, зуммер (buzzer) и сервомотор. Плата Arduino принимает пароль (образец стука) от зуммера (или датчика), сравнивает его с заданными шаблонами (образцами), дает команду сервомотору на открытие/закрытие двери и сохраняет образец (шаблон) стука.

Кнопка подключена к контакту D7 платы Arduino, второй контакт кнопки замкнут на землю. Зуммер при помощи параллельно включенного ему резистора на 1 МОм подключен к аналоговому контакту A0 платы Arduino. Сервомотор подключен к цифровому контакту D3 платы Arduino и будет управляться при помощи широтно-импульсной модуляции, доступной на данном контакте.

Запись образца стука в Arduino

В нашем проекте мы использовали зуммер или пьезоэлектрический датчик (Peizo Sensor) для обнаружения стука. Кнопка используется для считывания входа датчика и для сохранения образца стука в плату Arduino. Идея проекта похожа на код Морзе, но не в точности соответствует ему.

Мы использовали картонную коробку для демонстрации работы проекта. Чтобы считать значения с выхода зуммера мы должны стучать в коробку после нажатия кнопки. Анализируется время между стуками, большее или меньше 500 мс – это значение можно поменять в программе. Более подробно смотрите в видео в конце статьи.

Когда мы начинаем стучать плата Arduino начинает анализировать (мониторить) время от первого стука до второго стука и потом записывать это значение времени в массив. В нашем проекте мы использовали 6 стуков (можно поменять в программе), то есть мы будем считывать значения 5 временных промежутков.

Затем мы будем анализировать интервалы времени между всеми 6 стуками. Сначала мы проверим временной интервал между первым и вторым стуками и если он будет меньше 500 мс, то мы запишем в соответствующую переменную 0, а если больше 500 мс – то в эту переменную мы запишем 1. После этого мы будем проверять временной интервал между вторым и третьим стуками и т.д. В результате мы получим 5 цифр в двоичном формате (0 или 1).

Объяснение работы проекта

Сначала мы должны сохранить образец стука в системе (нашем замке). Для этого мы должны нажать и удерживать кнопку до тех пор пока не постучим 6 раз (можно изменить это количество стуков в программе). После 6 стуков плата Arduino сохраняет этот образец стука в EEPROM (энергонезависимую память). После этого, чтобы открыть замок с помощью стуков, мы должны быстро нажать и отпустить кнопку, после чего постучать 6 раз. Если образец (шаблон) наших 6 стуков совпадет с образцом, хранящимся в EEPROM, то плата Arduino откроет дверь.

Примечание: когда мы нажимаем или нажимаем и держим кнопку плата Arduino запускает 10-секундный таймер чтобы “принять” 6 стуков. То есть все стуки необходимо сделать в течение этого 10-секундного интервала. Для более детальной информации можно открыть монитор последовательного порта и посмотреть в нем лог событий.

Объяснение работы программы

В программе нам первым делом необходимо подключить заголовочные файлы, инициализировать входные и выходные контакты и объявить необходимые переменные – все это можно увидеть в полном тексте программы в конце статьи.

После этого в функции setup мы задаем направление работы используемых контактов и инициализируем сервомотор.

void setup() 
{
  pinMode(sw, INPUT_PULLUP); //с внутренним подтягивающим резистором
  myServo.attach(servoPin);
  myServo.write(180);
  Serial.begin(9600);
}

void setup()

{

pinMode(sw, INPUT_PULLUP); //с внутренним подтягивающим резистором

myServo.attach(servoPin);

myServo.write(180);

Serial.begin(9600);

}

После этого мы считываем образец стука и сохраняем его значение в массив.

void loop() 
{
   int i=0;
   if(digitalRead(sw) == LOW)
   {   
      Serial.println("Start");
      delay(1000);
      long stt= millis();
      while(millis()<(stt+patternInputTime))
      {
        int temp=analogRead(A0);
        if(temp>sensitivity && flag==0 && i<=patternLenth)
        {
.... .
..... ....

void loop()

{

int i=0;

if(digitalRead(sw) == LOW)

{

Serial.println("Start");

delay(1000);

long stt= millis();

while(millis()<(stt+patternInputTime))

{

int temp=analogRead(A0);

if(temp>sensitivity && flag==0 && i<=patternLenth)

{

.... .

..... ....

После этого мы декодируем входной образец стука.

for(int i=0;i<patternLenth;i++)
      {
         knok=1;
         if(slot[i+1]-slot[i] <500 )
            pattern[i]=0;
         else
            pattern[i]=1;
         Serial.println(pattern[i]);
      }

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

{

knok=1;

if(slot[i+1]-slot[i] <500 )

pattern[i]=0;

else

pattern[i]=1;

Serial.println(pattern[i]);

}

После этого сохраняем его если кнопка все еще нажата.

      if(digitalRead(sw) == 0)
      {
         for(int i=0;i<patternLenth;i++)
            EEPROM.write(i,pattern[i]);
         while(digitalRead(sw) == 0);
      }

if(digitalRead(sw) == 0)

{

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

EEPROM.write(i,pattern[i]);

while(digitalRead(sw) == 0);

}

А если кнопка уже не нажата, то плата Arduino будет сравнивать входной образец стуков с сохраненным образцом.

else
      {
         if(knok == 1)
         {
            for(int i=0;i<patternLenth;i++)
            {
               if(pattern[i] == EEPROM.read(i))
               {
                  Serial.println(acceptFlag++);
               }

               else
               {
                    Serial.println("Break");
                    break;                
               }
            }
         }

else

{

if(knok == 1)

{

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

{

if(pattern[i] == EEPROM.read(i))

{

Serial.println(acceptFlag++);

}

else

{

Serial.println("Break");

break;

}

Если образцы стуков (пароли) совпадают, то плата Arduino дает команду сервомотору открыть ворота (дверь), иначе ничего не происходит, но результат этого все равно можно посмотреть в окне монитора последовательной связи (serial monitor).

         Serial.println(acceptFlag);
         if(acceptFlag >=  patternLenth-1)
         {
             Serial.println(" Accepted");
             myServo.write(openGate);
             delay(5000);
             myServo.write(closeGate);
         }
         else
            Serial.println("Rejected");
      }

Serial.println(acceptFlag);

if(acceptFlag >= patternLenth-1)

{

Serial.println(" Accepted");

myServo.write(openGate);

delay(5000);

myServo.write(closeGate);

}

else

Serial.println("Rejected");

}

Исходный код программы

Если у вас возникнут какие либо вопросы по тексту данной программы, то вы можете задать их в комментариях к данной статье.

#include<EEPROM.h> // библиотека для работы с памятью EEPROM
#include<Servo.h> // библиотека для работы с сервомотором
#define patternLenth 5
#define patternInputTime 10000 // время за которое нужно сделать стуки
#define sensitivity 80 // чувствительность
#define margin 100
#define sw 7
#define servoPin 3 // к этому контакту подключен сервомотор
#define openGate 0
#define closeGate 180
long slot[patternLenth+1];
int pattern[patternLenth];
int flag=0;
int acceptFlag=0;
int knok;
Servo myServo;
void setup() 
{
  pinMode(sw, INPUT_PULLUP);
  myServo.attach(servoPin);
  myServo.write(180);
  Serial.begin(9600);
}
void loop() 
{
   int i=0;
   if(digitalRead(sw) == LOW)
   {   
      Serial.println("Start");
      delay(1000);
      long stt= millis();
      while(millis()<(stt+patternInputTime))
      {
        int temp=analogRead(A0);
        if(temp>sensitivity && flag==0 && i<=patternLenth)
        {
             delay(10);
             flag=1;
             slot[i++]=millis()-stt;
             //Serial.println(slot[i-1] - stt);
             if(i>patternLenth)
             break;
        }
        else if(temp == 0)
        flag=0;
      }
      
      long stp=millis();
      Serial.println("Stop");
     // Serial.println(stp-stt);
      for(int i=0;i<patternLenth;i++)
      {
         knok=1;
         if(slot[i+1]-slot[i] <500 )
            pattern[i]=0;
         else
            pattern[i]=1;
         Serial.println(pattern[i]);
      }
      if(digitalRead(sw) == 0)
      {
         for(int i=0;i<patternLenth;i++)
            EEPROM.write(i,pattern[i]);
         while(digitalRead(sw) == 0);
      }
      else
      {
         if(knok == 1)
         {
            for(int i=0;i<patternLenth;i++)
            {
               if(pattern[i] == EEPROM.read(i))
               {
                  Serial.println(acceptFlag++);
               }
               else
               {
                    Serial.println("Break");
                    break;                
               }
            }
         }
         Serial.println(acceptFlag);
         if(acceptFlag >=  patternLenth-1)
         {
             Serial.println(" Accepted");
             myServo.write(openGate);
             delay(5000);
             myServo.write(closeGate);
         }
         else
            Serial.println("Rejected");
      }
      for(int i=0;i<patternLenth;i++)
      {
         pattern[i]=0;
         slot[i]=0;
      }
      slot[i]=0;
      acceptFlag=0;
   }
}

100

101

102

#include<EEPROM.h> // библиотека для работы с памятью EEPROM

#include<Servo.h> // библиотека для работы с сервомотором

#define patternLenth 5

#define patternInputTime 10000 // время за которое нужно сделать стуки

#define sensitivity 80 // чувствительность

#define margin 100

#define sw 7

#define servoPin 3 // к этому контакту подключен сервомотор

#define openGate 0

#define closeGate 180

long slot[patternLenth+1];

int pattern[patternLenth];

int flag=0;

int acceptFlag=0;

int knok;

Servo myServo;

void setup()

{

pinMode(sw, INPUT_PULLUP);

myServo.attach(servoPin);

myServo.write(180);

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

int i=0;

if(digitalRead(sw) == LOW)

{

Serial.println("Start");

delay(1000);

long stt= millis();

while(millis()<(stt+patternInputTime))

{

int temp=analogRead(A0);

if(temp>sensitivity && flag==0 && i<=patternLenth)

{

delay(10);

flag=1;

slot[i++]=millis()-stt;

//Serial.println(slot[i-1] - stt);

if(i>patternLenth)

break;

}

else if(temp == 0)

flag=0;

}

long stp=millis();

Serial.println("Stop");

// Serial.println(stp-stt);

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

{

knok=1;

if(slot[i+1]-slot[i] <500 )

pattern[i]=0;

else

pattern[i]=1;

Serial.println(pattern[i]);

}

if(digitalRead(sw) == 0)

{

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

EEPROM.write(i,pattern[i]);

while(digitalRead(sw) == 0);

}

else

{

if(knok == 1)

{

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

{

if(pattern[i] == EEPROM.read(i))

{

Serial.println(acceptFlag++);

}

else

{

Serial.println("Break");

break;

}

Serial.println(acceptFlag);

if(acceptFlag >= patternLenth-1)

{

Serial.println(" Accepted");

myServo.write(openGate);

delay(5000);

myServo.write(closeGate);

}

else

Serial.println("Rejected");

}

for(int i=0;i<patternLenth;i++)

{

pattern[i]=0;

slot[i]=0;

}

slot[i]=0;

acceptFlag=0;

}

Видео, демонстрирующее работу схемы

(2 голосов, оценка: 3,00 из 5)

Загрузка...

1 741 просмотров

Умный цифровой замок на Arduino, распознающий стуки

Необходимые компоненты

Работа схемы

Запись образца стука в Arduino

Объяснение работы проекта

Объяснение работы программы

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Комментарии

Умный цифровой замок на Arduino, распознающий стуки — 2 комментария

Добавить комментарий Отменить ответ

Необходимые компоненты

Работа схемы

Запись образца стука в Arduino

Объяснение работы проекта

Объяснение работы программы

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ