Controllo apertura cancelletto con tastiera a matrice

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1 Premessa Controllo apertura cancelletto con tastiera a matrice Prima di cominciare vorrei specificare che presento questo mio lavoro allo scopo di dare uno spunto e/o una base di partenza a coloro i quali vogliano utilizzare dei componenti qui utilizzati. Altra motivazione che mi spinge a pubblicare questo articolo è la possibilità di ricevere delle critiche da chi, più esperto di me, voglia aiutarmi ad aggiustare il tiro, perché ho diversi progetti in mente che vorrei realizzare, ma per il momento sono un po troppo complicati ed ho bisogno di acquisire ancora molti concetti e procedimenti per iniziarli. Detto ciò, comincio raccontandovi che, un giorno, mentre stavo rientrando a casa, mi sono trovato in difficoltà perché avevo le mani occupate da alcune bottiglie di un vinello straordinario regalatomi da un amico, ma dovevo prendere dalle tasche le chiavi per aprire il cancelletto alla base delle scale. Come potete vedere più avanti, abito al primo piano in una corte medioevale, nel centro storico di una piccolo borgo e, alla base delle scale c'é un cancelletto con serratura elettrica e citofono nelle vicinanze. Ogni volta che si rientra in casa é necessario aprire detto cancelletto con le chiavi. Non si tratta di una cosa complicata, ma, a volte si hanno le mani impegnate dalle borse della spesa o altro e prendere le chiavi non è sempre comodo. Detto questo, cominciai a pensare di realizzare qualcosa di più pratico, che potesse semplificare i rientri a casa. L'idea In un primo momento sono partito a pensare di realizzare una semplice serratura a combinazione, ma poi, visto che avevo li vicino anche un pulsante per accendere la luce delle scale, decisi di implementare qualcosa di più completo. Pensai di controllare l'accensione della luce automaticamente in presenza di una persona davanti alla tastiera, ma solo se la luminosità ambiente era inferiore ad un determinato valore. Mi serviva quindi un sensore che sapesse "vedere" la luce ambiente ed un sensore che sapesse "vedere" una persona nelle vicinanze. L'analisi del lavoro Dopo una piccola ricerca, decisi che: - per la luce mi serviva una fotoresistenza da 2-20 k di soli 4 mm di diametro - per il sensore di presenza di una persona mi serviva il sensore IR della SHARP denominato GP2D12 - per la gestione della logica mi serviva un PIC, ma quale? Per stabilire quale PIC usare cominciai col fare un diagramma a blocchi. Eccolo:

2 A questo punto avevo le idee chiare ed allora potevo stendere l'elenco delle funzioni e delle porte necessarie: - 1 ingresso analogico ----> fotoresistenza - 1 ingresso analogico ----> sensore SHARP - 4 ingressi digitali > 4 righe tastiera - 3 uscite digitali > 3 colonne tastiera - 4 uscite digitali > display TIL311 con decodifica incorporata - 1 ingresso digitale > jumper per decidere come fare l'output - 1 uscita digitale > per pilotare il rele per il cancelletto - 1 uscita digitale > per pilotare il rele per la luce delle scale in totale siamo arrivati a 16 porte di cui 2 analogiche La mia scelta fu di utilizzare il PIC16F88 che, tra l'altro, ha anche l'oscillatore interno che, per il programma che avevo in mente, era importante. Lo schema e il pcb A questo punto ci vuole lo schema elettrico. Eccolo:

3 ed ecco lo sbroglio del pcb:

4 ed ora la realizzazione del pcb prima e dopo la saldatura dei componenti:

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6 Ed ora il firmware Per descrivere il firmware bisogna prima di tutto considerare che il PIC16F88 richiede una configurazione un po' particolare composta da 2 word di 11 e 2 bit rispettivamente. Inoltre, essendo un microcontrollore un po' più evoluto del PIC16F84, necessità alcuni settaggi particolari. In dettaglio è necessario dichiarare quali sono le porte analogiche e quali sono quelle digitali, oltre che dichiarare come al solito quali sono ingressi e quali sono uscite. Queste sono le impostazioni iniziali, in testa al programma: trisa = % ' setta la porta A trisb = % ' setta la porta B adcon1 = % ' setta il convertitore a leggere solo 8 bit ansel = % ' seleziona le porte se analogiche o digitali (0=giditale 1=analogica) osccon = % ' setta l'oscillatore interno a 125 Khz mentre queste sono impostazioni che vengono usate durante lo svolgimento del lavoro: osccon = % ' setta l'oscillatore interno a 4 Mhz adcon0 = % ' abilita RA1 come input analogico adcon0 = % ' abilita RA0 come input analogico Il PIC16F88 contiene un solo convertitore A/D, quindi per leggere da più porte analogiche bisogna comportarsi così: 1 - settare il canale da cui leggere (in questo caso AN0 e AN1 corrispondenti alle porte RA0 e RA1) (vedi quindi registro adcon0) 2 - leggere il valore 3 - verificare il contenuto del bit adcon.1: quando diventa 1 la lettura è terminata

7 Settando il convertitore con adcon1 = % , si avranno valori digitali compresi tra 0 e 255 in input dalle periferiche. Questi valori verranno confrontati con i valori memorizzati di riferimento per decidere gli interventi. Per la gestione invece della tastiera, si pone a 0 logico una colonna alla volta e si va a leggere le 4 righe in successione. Se una riga è a 0 logico (le resistenze di pull up mantengono il livello alto se nessun tasto è premuto) significa che il tasto all'incrocio tra la colonna e la riga è premuto. Il piccolo jumper e il display invece sono serviti per la preparazione del firmware e per i vari esperimenti che si sono rivelati necessari. Non sono invece necessari per il funzionamento normale. In pratica il programma gira durante l'attesa dei comandi a 125 Khz, mentre quando entra nella lettura della tastiera, per non perdersi dei dati, gira a 4 Mhz, per poi tornare a 125 Khz dopo l'input dati e l'esecuzione dei comandi. Questo mi è tornato comodo perché non ho voluto usare l'interrupt e ho gestito in modo molto semplice un lampeggio ogni circa 40 secondi di un led durante la pausa di attesa. Tale segnalazione serve a dare la conferma che il circuito è "vivo" ed in attesa. Il simbolo * accende manualmente la luce, mentre digitando # si entra nella fase di inserimento password ed eventuale codice di comando. Se si inserisce il codice o password seguito semplicemente da #, viene comandata l'apertura del cancelletto. Se invece si inserisce il codice seguito da una cifra, viene eseguito il comando corrispondente. Il codice o password può essere una serie di numeri compresi tra 0 e 9 con l'esclusione di * e di #. La lunghezza del codice può essere da un minimo di 1 cifra fino ad un massimo di 15. Esempi di codici validi : Per inserire il codice è necessario anteporre e postporre sempre il simbolo #. Es: #0000# Dopo aver digitato i caratteri del codice si può aggiungere un'ulteriore cifra (prima del #) che viene interpretata come comando da eseguire. 1 - abilita l'inserimento di un numero di 3 cifre tra 000 e 255 che corrisponde al valore digitale della luminosità oltre la quale viene accesa la luce in automatico (in altre parole il valore limite del crepuscolare). 2 - abilita l'inserimento di un numero di 3 cifre tra 000 e 255 che corrisponde al valore digitale del segnale ricevuto dal sensore IR della SHARP 3 - abilita l'acquisizione automatica del valore digitale della luminosità oltre la quale viene accesa la luce in automatico (in altre parole legge la luminosità ambiente e la memorizza in automatico)

8 4 - abilita l'acquisizione automatica del valore digitale del segnale del sensore IR della SHARP ( in altre parole rileva il segnale ricevuto e lo memorizza in automatico) 5 - serve per inserire una nuova password: viene richiesta 2 volte la digitazione della nuova password seguita da # 6 - disabilita il sensore IR (senza rilevare la presenza della persona il circuito si comporta come un normale crepuscolare) 7 - disabilita la fotoresistenza (senza il rilevamento della luminosità ambiente il circuito accende la luce ogni volta che rileva la presenza di una persona, ma solo se il sensore IR non è disabilitato) 8 - abilita il funzionamento sia del sensore IR che della fotoresistenza 9 - inserendo, al posto della password memorizzata, un codice di controllo fisso( es: codice fisso = "1234" --> #12349#), viene settata come password "0000" In definitiva, se il codice memorizzato è "0000" digitando: * - si accende la luce in qualsiasi situazione #0000# - si apre il cancelletto #00001#130 - si pone = a 130 il valore del segnale digitale per l'accensione della luce #00002#025 - si pone = a 25 il valore del segnale digitale del sensore IR #00003# - si abilita il rilevamento automatico del segnale digitale per l'accensione della luce #00004# - si abilita il rilevamento automatico del segnale digitale del sensore IR #00005#1234#1234# - si pone = a 1234 la nuova password #00006# - si disabilita la lettura del sensore IR #00007# - si disabilita la lettura della fotoresistenza #00008# - si abilita la lettura sia del sensore IR che della fotoresistenza #12349# - si resetta la password a "0000" ( se nel sorgente è stata configurata la chiave fissa "1234") Tutti i parametri di funzionamento e i settaggi, compreso il modo di comportamento, vengono memorizzati nella EEPROM interna. Ed ecco il risultato finale A questo punto, una volta caricato il firmware, si è trattato di costruire una piastra di legno adeguata all'ambiente e che potesse sostituire la vecchia e bruttissima piastra di alluminio del citofono. Su tale piastra dovevano prendere posto sia la targhetta con il nome su un supporto trasparente per essere retroilluminato, sia il vox del citofono e, naturalmente la tastiera e i sensori con i 2 led di segnalazione. Ecco il risultato montato e finito.

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10 Download zone File per il pcb con Eagle.zip File per il pcb in.pdf

11 Firmware in PicBasic e compilato.zip Articolo in.pdf Considerazioni finali Non è stato semplice realizzare questo circuito. Certo, io non sono un esperto di elettronica, tanto meno conosco i PIC, ma mi sono divertito a realizzarlo. La soddisfazione poi, dopo tanto studio e tanti problemi risolti è davvero tanta. Una raccomandazione a quelli che, come me vogliono usare i PIC per fare dei circuiti interessanti: leggere accuratamente il data sheet dei componenti e non copiare solamente dei circuiti già fatti. Un ringraziamento a coloro che sul forum di Grix mi hanno dato una mano a trovare la soluzione ad alcuni problemi incontrati. Un saluto a tutti Claudio