No son pocos los lectores que nos escriben pidiendo proyectos de llaves de código utilizando tecnología de los circuitos digitales. Pensando en eso desarrollamos una Llave Digital que, sin duda, tiene un desempeño superior a tantas otras que se han divulgado. Su comportamiento en las pruebas fue más allá de las expectativas, de manera que, para aumentar su versatilidad aún más, optamos por dotarla de un temporizador y de una cerradura electromagnética para mayor seguridad y mejor desempeño.
¿Qué le parece usar un sistema de seguridad que sólo permita abrir una puerta o accionar una aparato mediante una sena o un código secreto? En la entrada de su casa o en el panel de su automóvil, un teclado: al tecleando la secuencia correcta de números (en este caso cinco) el circuito accionará la cerradura electromagnética que permite la apertura de la puerta o liberará el sistema de ignición del automóvil, que a partir de ahí tendrá su funcionamiento normal.
La llave de código posee también un temporizador que impone al usuario un tiempo máximo para tecleando la sena en forma total. Cualquier otra persona que, al intentar descubrir el código, marque una tecla equivocada será sorprendida por una alarma del tipo sirena de policía.
Para que usted pueda evaluar mejor el circuito que proponemos aquí, damos enseguida sus principales características técnicas:
- utilización de circuitos integrados CMOS;
- teclado con 16 guarismos y letras (hexadecimal);
- 524160 combinaciones posibles;
- control del tiempo de digitación
- alarma tipo sirena de policia;
- salida a través de un relé, con indicación para uso de cerradura electromagnética;
- alimentación de 12 volts;
consumo de corriente en el estado de espera inferior a 5 mA.
EL CIRCUITO
En la figura 1 tiene el diagrama esquemático completo de la llave de código, donde se ve la conexión de los 16 interruptores que constituyen el teclado.
De esos interruptores, cinco integran el circuito mismo de la llave y once están conectados en paralelo para accionar la alarma.
La primera tecla dispara un monoestable como el Cl555. El período de temporización de esta etapa esta dado por la red R1-C1, y está avalado matemáticamente por la ecuación T=1,1x R1x C1.
Con los valores que aparecen en la
Al ser disparado, el monoestable presenta en su salida un nivel lógico alto, que sirve para llevar el transistor Q1 a la saturación y, por consiguiente, a tierra el pin de reset del flip-flop D, dejándolo apto para operar.
A partir de ese momento el usuario tendrá 11 segundos para teclear los cuatro números siguientes de su código; en caso de que no logre hacerlo, el circuito se autorreciclará obligando a la persona a teclear la serial de nuevo.
Volviendo a los flip-flops, es importante explicar su funcionamiento y prestar más atención a la configuración utilizada, que se ve en la figura 2.
El flip-flop es del tipo Data (D) y equivale, por la forma en que está conectado, a un flip-flop JK con las entradas J y K en el nivel “1": a cada pulso del "clock" conmutará la salida pasando de "1" a "0" y viceversa, dando por resultado un divisor de frecuencia por 2 (ó contador de 0 a 1).
De este modo, al presionar los interruptores (teclas) conectados entre el positivo de la alimentación y la entrada de "clock" de cada flip-flop, estaremos generando un pulso completo (un periodo) de la señal de "clock", que hara que la salida de ese bloque lógico pase de 1" (estado inicial de la salida 0 dado por el pulso de reset) a "0", liberando la entrada SET del siguiente biestable, que. queda así en condiciones de funcionar.
A partir de ahí, al ser accionado cada flip-flop liberará al siguiente, hasta que el último dispara un segundo monoestable con un periodo de 0,2 s. cuya función consiste en generar un breve pulso de tensión sobre el relé, vía transistor Q2.
Ese pulso, que conecta y desconecta rápidamente el relé, es necesario en el caso de la cerradura electromagnética sugerida que posee un sistema mecánico de memoria: la cerradura libera a la puerta a partir del momento en que se acciona (breve pulso de 12V) permitiendo una sola apertura; eso significa que después que tecleamos el código la puerta se libera para abrirse una vez, no importando el tiempo entre el final de la digitación y la apertura de la puerta por el usuario.
En caso de que alguna de las teclas que no pertenecen a la señal se haya presionado, el capacitor C12 se cargara con la tensión de la fuente, y se descargará con lentitud a través del resistor R13 y del transistor Q3. En cuanto este descargándose el capacitor, el transistor estará llevando la alimentación a los dos osciladores unijuntura que entonces empezarán a funcionar.
El circuito de la sirena que se sugiere aquí, si bien indicado para automóviles, es ideal para nuestra aplicación. Hay dos ajustes disponibles a nivel del oscilador que combinados permiten obtener una variedad muy grande de sonidos; con ellos modificamos tanto la frecuencia de la serial principal (generada por el oscilador Q5) como la frecuencia de la serial moduladora (generada por Q4).
Para la amplificación de la señal generada tenemos una etapa de audio formada por tres transistores en acoplamiento Darlington. El transistor final, un 2N3055, permite excitar, con buena potencia (cerca de 6W), un altoparlante pesado de 4 u 8 Ω. En cuanto la sirena suene, el consumo de corriente sera de 1,2A, lo que significa que sera necesario montar el transistor Q8 con un disipador de calor.
Para la salida del circuito de la llave propiamente dicha tenemos dos posibilidades: usar el monoestable y el relé Sugeridos en el diagrama esquemático, o retirar la señal de salida directamente del pin 13 del último flip-flop. La primera sugerencia es ideal para los que pretende instalar el circuito de una puerta, usando una cerradora electromagnética.
La segunda propuesta es mas viable para quienes piensan instalarla en un automóvil o aparatos en general; en este caso se debe eliminar el segundo monoestable (Cl-4) y conectar el resistor R12 (que viene de la base de Q2) directamente en la salida Q del último flip-flop (pin 13 de Cl-3); con eso los contactos de K1 quedaran disponibles para accionar cualquier aparato y hasta el sistema de ignición o la batería de um automóvil. (figura 3).
Respecto del teclado, tratamos de compactarlo y viabilizarlo lo mas posible, tanto que con sólo 8 alambres de conexión, conectamos las 16 teclas aI circuito. Entre las 16 teclas debemos elegir las 5 que formaran el código (tenemos 4.368 posibilidades) y en seguida seleccionar, con los números elegidos, la secuencia de números que constituirá la clave.
Los 5 alambres señalados (S1 a S5) que representan los números elegidos, podrán tener el orden de conexión alterado a voluntad, ya que eso es lo que determinará el código que haber que teclear. En nuestro proyecto por ejemplo, elegimos los números 1, 8, 5, E y 8, lo que permite 120 códigos diferentes sin alterar la placa del teclado.
En cuanto a la alimentación del circuito podemos utilizar una fuente como la sugerida en el diagrama esquemático o una batería de 12V que proporciona al circuito una confiabilidad elevada.
MONTAJE
En la figura 4 damos el diseño de la placa del circuito impreso para la llave de código; observe que el transistor Q8 (2N3055) debe montarse fuera de la placa y dotarse de un radiador de calor.
En el caso de que usted desee utilizar un sistema de baterías, basta eliminar los componentes de la fuente y conectar las baterías a las entradas destinadas a esa finalidad.
En cuanto al teclado, puede usarse el de tipo flexible cuidando de conservar la disposición de los pins, u optar por la sugerencia dada en la figura 5, donde las teclas (que se venden en casas especializadas), una a una, en la placa del circuito impreso.
Para los que quieren usar la cerradura electromagnética sugerida instalando el circuito en una puerta, damos los detalles de la instalación en la figura 6.
El resorte propulsor es optativo y sirve sólo para que la puerta se abra sola (con el impulso dado por el resorte) al teclear el código.
Como lo ilustra la figura 6, puede embutirse la cerradura en el batiente de la puerta, para que pueda funcionar junto con cerraduras mecánicas, del tipo que mueve la lengüeta mediante la baqueta por el lado interno, y de llave por el lado externo. Orientese por esa figura para hacer las correcciones necesarias para embutir la cerradura.
Si se teclea cualquier número que no pertenece al código, debe sonar la alarma. Los trimpots P1 y P2 se ajustan hasta obtener el sonido deseado.
PRUEBA Y USO
Concluido el montaje, para probar el circuito basta conectar la alimentación (fuente o batería)y teclear el código que, en nuestro caso, es E5818: cuando termina la digitacion la cerradura electromagnética debe liberar la puerta para que se abra Una sola vez.
Para verificar si esta funcionando el sistema de temporización, marque el primer número del código (en este caso E) y espere cerca de 11 segundos y después de ese lapso complete el tecleo de su clave: la puerta no debe abrirse.
Comprobado el funcionamiento, basta instalar definitivamente el circuito en una caja y fijarlo junto a la puerta, por supuesto que del lado interior de la casa (es obvio) dejando un espacio (puede ser un agujero hecho en la pared) para que los alambres que salen del circuito puedan llegar al teclado, que se encuentra junto a la puerta, del lado externo.
a) LLAVE DE CODIGO
Circuitos integrados:
CI-1, CI-4 - 555
CI-2, CI-3, CD4013
Semiconductores:
Q1, Q2, Q3, Q6 - BC548 - transistores NPN de uso general
Q4, Q5 - 2N2646 - transistores unijuntura
Q7 - TIP31 - transistor NPN de potencia
Q8 - 2N3055 - transistor NPN de alta potencia
D1 - 1N4148 - diodo de uso general
Capacitores:
C1, C3, C5, C6, C7, C9, C10, C14 - 100 nF - cerâmicos
C2, C12-100uF - electroliticos de 16 V
C3, C5, C6, C7, C9, C10, C14, - 100 nF - cerámico
C15 -1 000 µF x 16V - capacitor electrolitico
C16-100 nF - capacitor cerámico
C4, C13 - 4,7 µF - electrolíticos de 16 V
C8 - 10 µF - electrolitico de 16 V
Resistores (todos de 1/8 W):
R1 - 100k (marrón, negro, amarillo)
R2 - 15k (marrón, verde, naranja)
R3, R13 - 1k5 (marrón, verde, roja)
R4, R11 - 10k (marrón, negro naranja)
R5, R7, R8, R9 - 220k (rojo, rojo, amarillo)
R6, R10O - 4k7 (amarillo, violeta, rojo)
R12 - 3k9 (naranja, blanco, rojo)
R14 -2k2 (rojo, rojo, rojo)
R15 - R16 - 470 Ω ( amarillo, violeta, marrón)
R17 - 1k (marrón, negro, rojo)
R18 - 2M2 (rojo, rojo, verde)
P1 - trimpot de 100k
P2 - trimpot de 22k
Varios: K1 - relé para 12 V;
FTE - altoparlante común 4 u 8 Ω;
Cerradura electromagnética; placa de circuito impresa; disipador de calor para Q8; placa para el teclado; teclas; alambres; soldadura, etc.
b) FUENTE DE ALIMENTACION
TI - transformador de 12 + 12V x 1,5A
D2, D3, DS - 1N4007 - diodos rectificadores de silicio
D4 - zener de 12V x 400mW
Q9 - TIP3I - transistor NPN de potencia
C15 - 1.000 nF - capacitor cerámico
C17 - 100 µF x 16 V - capacitor electrolitico
C19 - resistor de 470 Ω x 1/8W (amarillo, violeta, marrón)
